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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

ESCUELA UNIVERSITARIA

DE INGENIERÍA TÉCNICA DE TELECOMUNICACIÓN

ESTUDIO Y DESARROLLO SOBRE SISTEMAS DE

SIMULACIÓN PARA COMUNICACIONES

MÓVILES, LTE

Hugo García de la Torre

Gonzalo Herradón Berzal

Tutor: D. Rafael Herradón Díez

Julio 2013

AGRADECIMIENTOS

Quiero dedicar este proyecto a mis padres, por apoyarme desde el primer momento y

confiar siempre en mí, tanto en los buenos como en los malos momentos. A mi hermano

Pablo, por estar siempre cuando le necesito. A mis amigos de la universidad, por

hacerme pasar los mejores años de mi vida, ya que sin ellos, esta experiencia no hubiera

sido lo mismo. A mi compañero de proyecto, Gonzalo, por aquellas largas tardes de

biblioteca durante estos cincos años, en los que hemos descubierto que con trabajo y

sacrificio todo es posible.

HUGO

Quiero dedicar este proyecto a mis padres, por todo lo bueno y lo malo, por

demostrarme que el amor es un regalo, por haber confiado en mí desde el primer hasta

el último día. A mis hermanos, que me han acompañado en todas las etapas de mi vida,

sobre todo en la universitaria, y que me daban motivos para seguir luchando por

lograrlo. A Marina, que hizo que no m rindiera en lograr mi sueño. A mis amigos de

toda la vida, Adolfo, Vero, Carol, Jose, Ruben, Álvaro, Luis y Juan, que cuando me

bajaba la motivación para continuar, me daban impulsos y energías para reponer esa

motivación. A mi compañero de proyecto y amigo Hugo, sin él esto no hubiera sido

posible, por esas largas horas en la biblioteca, por esos días de estudio en común con

antenas... Gracias a él, he descubierto que con esfuerzo siempre hay recompensa.

GONZALO

Además, queremos agradecer a nuestro tutor y profesor, Rafael Herradón, la

posibilidad de realizar este proyecto.

RESUMEN DEL PROYECTO

Este proyecto, recoge el estudio de diferentes simuladores sobre comunicaciones

móviles, que se encargan de analizar el comportamiento de las tecnologías UMTS

(Universal Mobile Telecommunications System), 3G y LTE (Long Term

Evolution),3.9G, centrándose principalmente en el caso de los simuladores LTE, ya que

es la tecnología que se está implantando en la actualidad. Por ello, antes de analizar las

características de la interfaz radio más importante de esta generación, la 3.9G, se hará

una overview general de cómo han ido evolucionando las comunicaciones móviles a lo

largo de la historia, se analizarán las características de la tecnología móvil actual, la

3.9G, para posteriormente centrarse en un par de simuladores que demostrarán,

mediante resultados gráficos, estas características.

Hoy en día, el uso de estos simuladores es totalmente necesario, ya que las

comunicaciones móviles, avanzan a un ritmo vertiginoso y es necesario por lo tanto

conocer las prestaciones que pueden producir las diferentes tecnologías móviles

utilizadas.

Los simuladores utilizados por este proyecto, permiten analizar el comportamiento

de varios escenarios, ya que existen diferentes tipos de simuladores, tanto a nivel de

enlace como a nivel de sistema. Se mencionarán una serie de simuladores

correspondientes a la tercera generación UMTS, pero los simuladores en cuestión que se

estudiarán y analizarán con más profundidad en este proyecto fin de carrera son los

simuladores “Link-Level” y “System-Level”, desarrollados por el “Institute of

Communications and Radio-Frecuency Engineering” de la Universidad de Viena. Estos

simuladores permiten realizar diferentes simulaciones, como analizar el

comportamiento entre una estación base y un único usuario, para el caso de los

simuladores a nivel de enlace, o bien analizar el comportamiento de toda una red en el

caso de los simuladores a nivel de sistema.

Con los resultados que se pueden obtener de ambos simuladores, se realizarán una

serie de preguntas, basadas en la práctica realizada por el profesor de la universidad

Politécnica de Madrid, Pedro García del Pino, tanto de tipo teóricas como de tipo

prácticas, para comprobar que se han entendido los simuladores analizados.

Finalmente se citarán las conclusiones que se obtiene de este proyecto, así como las

líneas futuras de acción.

PROJECT ABSTRACT

This project includes the study of different simulators on mobile communications,

which are responsible for analyzing the behavior of UMTS (Universal Mobile

Telecommunications System), 3G and LTE (Long Term Evolution), 3.9G, mainly

focusing on the case of LTE simulators because it is the technology that is being

implemented today. Therefore, before analyzing the characteristics of the most

important radio interface of this generation, 3.9G, there will give a general overview

how the mobile communications have evolved throughout history, analyzing the

characteristics of current mobile technology, the 3.9G, later focus on a pair of

simulators that demonstrate through graphical results, these characteristics.

Today, the use of these simulators is absolutely necessary, because mobile

communications advance at a high rate, and it is necessary to know the features that can

produce different mobile technologies that are used.

The simulators used for this project, allow to analyze the behavior of several

scenarios, as there are different types of simulators, both link and system level. It

mentioned a number of simulators for the third generation UMTS, but the simulators in

question to be studied and analyzed in this final project are the simulators "Link-Level"

and "System-Level", developed by the "Institute of Communications and Radio-

Frequency Engineering" at the University of Vienna. These simulators allow realize

different simulations, analyze the behavior between a base station and a single user, in

the case of the link- level simulators or analyze the performance of a network in the case

of system-level simulators.

With the results that can be obtained from both simulators, will perform a series of

questions, based on the practice developed by Pedro García del Pino, Professor of

“Universidad Politécnica de Madrid (UPM)”. These questions will be both of a

theoretical and practical type, to check that have been understood the analyzed

simulators.

Finally, it quotes the conclusions obtained from this project and mention the future

lines of action.

Estudio y desarrollo sobre sistemas de simulación para comunicaciones móviles, LTE

Índice i

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1

CAPÍTULO 1. EVOLUCIÓN DE LAS COMUNICACIONES MÓVILES ....................... 4

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS LTE ............................................................................... 9

2.1. TÉCNICAS DE ACCESO MÚLTIPLE .......................................................................... 10

2.1.1. OFDMA (Ortogonal Frequency Division Multiple Access) ..................................... 10

2.1.2. SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access). .......................... 11

2.2. ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS ............................................................................... 11

2.3. PLANIFICACIÓN DE USUARIOS (SCHEDULING) ................................................... 13

2.4. MODOS DE TRANSMISIÓN UTILIZADOS EN LTE ................................................. 15

2.5. CHANNEL QUALITY INDICATORS (CQI) ................................................................ 17

2.6. TÉCNICA DE RETRANSMISIÓN HARQ..................................................................... 18

2.7. ESTIMACIÓN DEL CANAL .......................................................................................... 19

CAPÍTULO 3. SIMULACIÓN PARA COMUNICACIONES MÓVILES ........................ 22

3.1. ASPECTOS GENERALES SOBRE SIMULACIÓN ...................................................... 23

3.1.1. Simulación a nivel de enlace, link level .................................................................... 23

3.1.2. Simulación a nivel de sistema, system level ............................................................. 24

3.2. INTRODUCCIÓN SIMULACIÓN UMTS ..................................................................... 26

3.3. SIMULACIÓN LTE ........................................................................................................ 31

3.3.1. Consideraciones generales ........................................................................................ 31

3.3.2. Simuladores LTE ...................................................................................................... 33

CAPÍTULO 4. SIMULADOR A NIVEL DE ENLACE, LINK LEVEL ............................ 40

4.1. CARACTERÍSITICAS DEL SIMULADOR. .................................................................. 41

4.2. PARÁMETROS DE SIMULACIÓN. .............................................................................. 41

4.3. EJECUCIÓN DE LA SIMULACIÓN ............................................................................. 46

4.4. CARGAR LOS PARÁMETROS DE SIMULACIÓN .................................................... 47

4.4.1. Función ‘LTE_load_parameters_dependent’ ............................................................ 48

4.4.2. Función ‘LTE_load_parameters_generate_elements’ .............................................. 49

4.4.3. Función ‘LTE_check_parameters’ ............................................................................ 50

4.5. FUNCIÓN PRINCIPAL, SCRIPT LTE_SIM_MAIN ..................................................... 50

4.5.1. Simulación en modo normal ..................................................................................... 52

4.5.2. Simulación en modo paralelo. ................................................................................... 53

4.6. RESULTADOS ................................................................................................................ 56

4.7. PRUEBAS REALIZADAS. ............................................................................................. 59


Índice ii

CAPÍTULO 5. SIMULADOR A NIVEL DE SISTEMA, SYSTEM LEVEL ..................... 62

5.1. CARACTERÍSTICAS DEL SIMULADOR .................................................................... 63

5.2. PARÁMETROS DE SIMULACIÓN ............................................................................... 64

5.3. EJECUCIÓN DE LA SIMULACIÓN ............................................................................. 76

5.4. CARGAR LOS PARÁMETROS DE SIMULACIÓN ................................................... 78

5.5. FUNCIÓN PRINCIPAL, LTE_SIM_MAIN ................................................................... 79

5.5.1. Gráficas CQI ............................................................................................................. 79

5.5.2. Generar red a simular ................................................................................................ 80

5.5.3. Generar los ues y los schedulers ............................................................................... 85

5.5.4. Generar el canal radio asociado a los UEs ................................................................ 87

5.5.5. Asignación de los recursos radio a los UEs. ............................................................. 89

5.6. VISUALIZACIÓN DE LOS RESULTADOS ................................................................. 91

5.7. PRUEBAS REALIZADAS .............................................................................................. 94

CAPÍTULO 6. PRÁCTICAS LABORATORIO ................................................................ 97

CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES .................................................................................. 105

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 108

ACRÓNIMOS ................................................................................................................. 111


Índice iii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Evolución de las comunicaciones móviles .................................................................... 5

Figura 2.1. Señal OFDM ............................................................................................................. 10

Figura 2.2. Señal OFDMA y SC-FDMA .................................................................................... 11

Figura 2.3. Trama tipo FDD utilizada en LTE ............................................................................ 11

Figura 2.4. Estructura de los recursos de tiempo y frecuencia .................................................... 12

Figura 2.5. Distribución de 15 RBs para un ancho de banda de 3 MHz. ................................... 13

Figura 2.6. Ilustración del scheduling de paquetes en OFDMA ................................................. 13

Figura 2.7. Comparativa diferentes técnicas schedulers ............................................................. 14

Figura 2.8. Esquema SU-MIMO ................................................................................................. 16

Figura 2.9. Esquema MU-MIMO ............................................................................................... 17

Figura 2.10. Ejemplo de transmisión utilizando la técnica HARQ ............................................ 19

Figura 2.11. Posicionamiento de las señales piloto en una subtrama de doce subportadoras ..... 20

Figura 3.1. Representación de una simulación a nivel de enlace ............................................... 23

Figura 3.2. Esquema simulación a nivel de enlace ...................................................................... 24

Figura 3.3. Representación de una simulación a nivel de sistema .............................................. 25

Figura 3.4. Conexión de la interfaz L2S con los simuladores ..................................................... 25

Figura 3.5. Representación de la pantalla obtenida en el simulador de turbo –códigos .............. 27

Figura 3.6. Diagrama de ojos obtenido mediante el simulador UTRA-FDD .............................. 28

Figura 3.7. Posición y movilidad de los usuarios asignados en el simulador microcelular ........ 29

Figura 3.8. Representación de la zona de cobertura en el simulador microcelular ..................... 29

Figura 3.9. Representación de los usuarios en el caso real ......................................................... 30

Figura 3.10. Representación de la zona de cobertura. ................................................................. 31

Figura 3.11. Estructura interfaz ‘link to system’, L2S. ............................................................... 32

Figura 3.12. Tipos de simuladores desarrollados por el Institute of Communications and Radio -

Frecuency Engineering ................................................................................................................ 34

Figura 3.13. Formulario a rellenar para descargar los simuladores de Viena ............................. 34

Figura 3.14. Página web para descargar los simuladores ............................................................ 35

Figura 3.15. Diagrama de bloques del simulador LTE PHY Lab ............................................... 35

Figura 3.16. Red de recursos y asignación de los recursos en el downlink ................................ 36

Figura 3.17. Visión general de una subtrama en el dowlink ....................................................... 36

Figura 3.18. Evolución de la señal en el dominio del tiempo y densidad de potencia ................ 37

Figura 3.19. Representación de los elementos de recurso. .......................................................... 37

Figura 3.20. Constelación de la señal recibida, sin interferencias ni ruido ................................. 38

Figura 3.21. Evolución de la constelación de la señal recibida añadiendo interferencias y ruido.

..................................................................................................................................................... 38

Figura 3.22. Esquema del simulador LTE MAC Lab ................................................................. 39

Figura 4.1. Tipos de simulación disponibles en el simulador a nivel de enlace ......................... 46

Figura 4.2. Llamada al script ‘LTE_sim_main’ y llamada a la función que genera los

resultados para ser representados gráficamente .......................................................................... 47

Figura 4.3. Aplicar los parámetros de simulación correspondientes a cada tipo de simulación 47


Índice iv

Figura 4.4. Parámetros modificables en la función ‘LTE_load_parameters’ ............................. 48

Figura 4.5. Parámetros asignados para crear el canal radio ........................................................ 49

Figura 4.6. Modos de simulación permitidos ............................................................................. 51

Figura 4.7. Reseteo de las realizaciones del canal e inicialización del canal .............................. 52

Figura 4.8. Inicialización de las variables ................................................................................... 53

Figura 4.9. Utilización de la herramienta ‘matlabpool’ de Matlab. ............................................ 54

Figura 4.10. Creación de la variable de resultados temporales ................................................... 55

Figura 4.11. Desactivar función ‘matlabpool’ de Matlab ........................................................... 55

Figura 4.12. Asignar ficheros .mat al script ‘plot_quick_test_results_r1089.m’ ........................ 56

Figura 4.13. Relación BLER–SNR y Relación throughput–SNR. Sin retransmisiones HARQ . 57

Figura 4.14. Relación BLER–SNR y Relación throughput–SNR. Con retransmisiones HARQ 58

Figura 4.15. Relación BLER – SNR para los diferentes valores de CQI .................................... 58

Figura 4.16. Relación throughput - SNR para los diferentes valores de CQI ............................. 59

Figura 4.17. Relación BLER-SNR y relación throughput-SNR. Para un CQI = 7 y utilización

de retransmisiones HARQ ........................................................................................................... 60

Figura 4.18. Comparación entre la utilización de técnica HARQ y no HARQ para el modo de

transmisión SISO ........................................................................................................................ 60

Figura 4.19. Comparación entre la utilización de técnica HARQ y no HARQ para el modo de

transmisión MIMO ...................................................................................................................... 61

Figura 5.1. Ejemplo de configuración de los parámetros de simulación ..................................... 65

Figura 5.2. Tipos de simulación .................................................................................................. 76

Figura 5.3. Parámetros de simulación y llamada a la función ‘LTE_sim_main’ ....................... 76

Figura 5.4. Llamada a las funciones GUI definidas en el simulador ......................................... 77

Figura 5.5. Función ‘LTE_load_params’ ................................................................................... 78

Figura 5.6. Comprobación de parámetros de simulación ............................................................ 78

Figura 5.7. Parámetros sobre la estructura de la trama ............................................................... 79

Figura 5.8. Relación BLER-SNR para los diferentes valores de CQI ........................................ 79

Figura 5.9. Tipos de red a generar ............................................................................................... 80

Figura 5.10. Diagrama de Radiación. Antena Katherin 742215 ................................................. 81

Figura 5.11. Modelos de propagación utilizados por el simulador ............................................. 82

Figura 5.12. Creación del mapa de pérdidas .............................................................................. 82

Figura 5.13. Relación Pathloss – Distancia. Modelo cost 231 .................................................... 83

Figura 5.14. Pérdidas por sector. Modelo Cost 231 .................................................................... 83

Figura 5.15. Utilización de femtocélulas..................................................................................... 84

Figura 5.16. Generación de desvanecimientos lentos ................................................................. 84

Figura 5.17. Distribuciones de los UEs ....................................................................................... 86

Figura 5.18. Dirección asignada a cada UEs .............................................................................. 86

Figura 5.19. Cálculo de la posición actual y anterior de los diferentes UEs .............................. 86

Figura 5.20. Generar o carga el canal radio de los UEs ............................................................. 87

Figura 5.21. Parámetros de simulación necesarios para generar el canal radio .......................... 88

Figura 5.22. Modelos de canal radio ........................................................................................... 88


Índice v

Figura 5.23. Utilización del modelo matemática MIESM para hallar la SINR efectiva ............. 89

Figura 5.24. SINR en los sectores, CQI asignado a las diferentes zonas del sector, diferencia de

la SINR por sectores y número de sector aplicado. Se incluyen los desvanecimientos lentos ... 89

Figura 5.25. SINR en los sectores, CQI asignado a las diferentes zonas del sector, diferencia de

la SINR por sectores y número de sector aplicado. Sin desvanecimientos lentos....................... 90

Figura 5.26. Ubicación y nombre del archivo que contiene los resultados de la simulación ...... 90

Figura 5.27. Pantalla de resultados obtenida mediante la función

‘LTE_GUI_show_aggregate_results’ ......................................................................................... 91

Figura 5.28. Recuadro de resultados obtenidos de la simulación mediante la función

‘LTE_GUI_show_aggregate_results’ ......................................................................................... 92

Figura 5.29. Pantalla de resultados 'LTE_GUI_show_UEs_and_cells’ ...................................... 92


‘LTE_GUI_show_UEs_and_cells’ ............................................................................................. 93

Figura 5.31. Imagen de una célula en particular, con sus correspondientes UEs ........................ 93

Figura 6.1. Curvas BLER, modo Tx SISO ................................................................................ 101

Figura 6.2. Comportamiento de la técnica HARQ para el modo Tx SISO ............................... 102

Figura 6.3. Uso de la técnica para diferentes valores de CQI ................................................... 102

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Evolución Releases UMTS ............................................................................................. 7

Tabla 2.1. Número de RB y subportadoras dependiendo del ancho de banda empleado ............ 12

Tabla 2.2. Modos de transmisión ............................................................................................... 15

Tabla 2.3. Modulación, tasa efectiva de codificación y eficiencia de cada índice CQI… .......... 18

Tabla 4.1. Tiempo de simulación ................................................................................................ 59

Tabla 5.1. Relación anillos-eNodeBs. ......................................................................................... 81

Tabla 5.2. Rendimiento del sistema para los diferentes planificadores radio ............................. 94

Tabla 5.3. Valores de throughput y eficiencia espectral obtenido por los UEs ........................... 95

Tabla 5.4. Rendimiento del sistema, utilizando diferentes técnicas de transmisión ................... 95

Tabla 5.5. Valores de throughput y eficiencia espectral obtenida por los UEs, para diferentes

técnicas de transmisión ............................................................................................................... 96

Tabla 5.6. Comparación de una simulación con 10 y 20 UEs ..................................................... 96

Tabla 6.1. Valores BLER obtenidos para diferentes CQIs ........................................................ 101


Introducción 1

INTRODUCCIÓN


Introducción 2

INTRODUCCIÓN

Este Proyecto fin de carrera se basa en analizar y evaluar las características

ofrecidas por diferentes simuladores de comunicaciones móviles, analizando

brevemente las características y funcionalidades de los simuladores correspondientes a

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), 3G, y realizando un estudio

mucho más detallado sobre los simuladores correspondientes a LTE (Long Term

Evolution), para posteriormente realizar una posible práctica sobre los simuladores

LTE, que pueda ser utilizada en el laboratorio de la universidad.

La línea de desarrollo llevada a cabo en este proyecto es:

Evolución de las comunicaciones móviles: En primer lugar se hace una breve

introducción a las comunicaciones móviles, destacando la situación actual.

Fundamentos de LTE: Debido a que este proyecto se centra principalmente en

el estudio de simuladores LTE, se mencionan una serie de características de la

interfaz radio, de este tipo de tecnología, que son necesarias de conocer para

entender el funcionamiento de estos simuladores.

Simulaciones para comunicaciones móviles: En este capítulo se mencionan las

características principales de los diferentes tipos de simulación que se pueden

realizar, simulación a nivel de enlace y simulación a nivel de sistema,

destacando los aspectos generales de las simulaciones realizadas para la

tecnología LTE e indicando los diferentes simuladores estudiados tanto para

UMTS como para LTE.

Una vez que han sido explicados los diferentes tipos de simulación que se

pueden realizar y las características principales que componen un sistema LTE, se

procede al estudio de los simuladores LTE. En este proyecto se ha realizado el

estudio de dos simuladores, simulador a nivel de enlace y simulador a nivel de

sistema, desarrollados por el Institute of Communications and Radio-Frecuency

Engineering de la Universidad de Viena.

Link Level Simulator: En este capítulo se explica el funcionamiento del

simulador a nivel de enlace.

System Level Simulator: Se explica el funcionamiento del simulador a nivel de

sistema.

Prácticas laboratorio: En este capítulo se muestra una posible práctica que se

pueda realizar con los simuladores LTE anteriores.


Introducción 3

Conclusiones: Por último, se indica las conclusiones sacadas en la realización

del Proyecto Fin de Carrera.


Evolución de las comunicaciones móviles 4

CAPÍTULO 1

EVOLUCIÓN DE LAS

COMUNICACIONES

MÓVILES



1. EVOLUCIÓN DE LAS COMUNICACIONES MÓVILES

Las comunicaciones móviles han ido creciendo exponencialmente en los últimos

años, tanto en el número de usuarios como en las tecnologías empleadas, ya que a

medida que ha ido transcurriendo el tiempo, los usuarios han demandado tecnologías

más avanzadas que cubrieran sus necesidades.

Por ello, para comprender mejor los sistemas móviles de comunicación de hoy en

día, es importante entender de dónde venían y cómo han ido evolucionando. En la

Figura 1, se observa la evolución de las tecnologías móviles.

Figura 1. Evolución de las comunicaciones móviles.

La primera generación de comunicaciones móviles celulares, apareció en la década

de los 70 y se trataba de sistemas analógicos basados en modulación en frecuencia y

acceso múltiple por división de frecuencia. La principal característica de estos sistemas,

era su capacidad para ofrecer servicios de comunicación de voz sobre conmutación de

circuitos.

A principio de los años 90, se comenzó la implementación de las primeras redes de

segunda generación, cuyo estándar en Europa fue denominado GSM (GLOBAL System

for Mobile Communicationes). Esta generación introdujo la novedad de la utilización de

señales digitales, consiguiendo una mejor calidad de la señal, además de la incursión de

protocolos de seguridad y encriptación. Además, cabe destacar que para la

multiplexación del canal, se empleaba tanto la técnica de acceso múltiple por división

de frecuencia (FDMA), como la técnica de acceso múltiple por división en el tiempo

(TDMA), de manera que cada frecuencia se dividía en ocho ranuras de tiempo,

denominadas time slots, permitiendo a los usuarios compartir el mismo canal. En primer

lugar, la comercialización de esta tecnología se produjo para la banda de 900 MHz, pero

posteriormente se amplió y se utilizó también la banda de 1800 MHz.



En esta generación, se introdujeron nuevos servicios disponibles para los usuarios,

como el de mensajes cortos (SMS), que pasó desapercibido inicialmente y era

totalmente gratuito. Además de este servicio se introdujeron otros como acceso WAP a

internet, que codifica páginas web en XML, pero las velocidades obtenidas en las

transmisiones de datos eran muy bajas, concretamente 9.6 kbps. Debido a esta lentitud

en la transmisión de datos, se creó una nueva generación, 2.5G, denominada GPRS

(General Packet Radio Service), que facilitaba la transmisión de los datos.

En esta nueva generación, se mantenía todo el sistema para la comunicación de

voz, pero para la transmisión de datos se empezó a utilizar conmutación por paquetes, lo

que optimizaba el ancho de banda para la transmisión de los datos.

Antes de implementar la tercera generación, se introdujo una generación

intermedia, 2.75G, denominada EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Esta

nueva generación, conseguía aumentar las velocidades de datos sobre el enlace radio de

GSM.

Básicamente, EDGE introducía una nueva técnica de modulación, de mayor

eficiencia espectral como la 8-PSK, mecanismos de control del enlace y una nueva

codificación de canal que podía usarse indistintamente para transmitir servicios de voz y

de datos por conmutación de circuitos y de paquetes.

Mientras que GPRS permitía tasas de transmisión de 115 kbps, teóricamente de 160

kbps en la capa física, con la implementación de EDGE el sistema sería capaz de

alcanzar tasas de 384 kbps y teóricamente de hasta 473.6 kbps.

En el año 2000, la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones), introdujo el

estándar de la tercera generación de la telefonía móvil, con el que se pretendía que

todos los países utilizaran el mismo estándar. Debido a esto, se creó el organismo del

3GPP (3rd Generation Partnership Project), compuesto por diversas organizaciones y

normativas, cuyo objetivo era definir las especificaciones a nivel mundial de la tercera

generación, 3G. Finalmente, no se consiguió unificar el estándar a nivel mundial y se

desarrolló el CDMA 2000 en Estados Unidos y el UMTS (Universal Mobile

Telecommunications System) en Europa.

El objetivo principal de esta tercera generación, era abastecer toda la demanda de

transmisión de datos cumpliendo con una determinada calidad de servicio, QoS. Debido

a esta gran demanda, el organismo 3GPP se vio abocado a ir creando mejoras en estas

tecnologías, las cuáles fueron recogidas en diferentes Releases, ver Tabla 1.



Release 99 5 y 6 7

Tecnología UMTS HSDPA HSUP

A

HSPA HSPA+

Generación 3G 3,5G 3,5G 3,75G

Velocidad

binaria

DL: 384kbps

UL: 128 kbps

DL: 14,4 Mbps

UL: 5,76 kbps

DL: 28Mbps

UL:11,5Mbps

Tiempo de

latencia

150ms < 100ms <50ms

Año 2000 2002 2005/2006 2007 2008

Tabla 1. Evolución de Releases en UMTS

La primera actualización fue desarrollada en el año 2000, concretamente en el mes

de Marzo, mediante la Release 99. Fue la primera versión de UMTS y el principal

objetivo era el dejar de usar la red existente de las tecnologías de comunicaciones

móviles anteriores a UMTS, como eran GPRS y GSM. Posteriormente, en Junio de

2002, vino la Release 5, que introdujo la tecnología HSDPA que permitía obtener una

tasa de pico de 14,4 Mbps para el enlace descendente, y que permitía la posibilidad de

realizar comunicaciones multiantena en terminales móviles. Tres años después, en la

Release 6, se incorporó la técnica HSUPA al sistema. Desde septiembre de 2006 hasta

Diciembre de ese mismo año, se consiguió mejorar la calidad de los servicios y

aplicaciones y disminuir el tiempo de latencia. Además, se incorporó la técnica de

acceso HSPA+, mediante la Release 7. Ya en el año 2008 con la Release 8 se lanza

LTE.

Actualmente, estamos en los albores de una nueva generación de comunicaciones

móviles, cuarta generación o 4G, cuya primera especificación fue concluida por el

3GPP a través de la Release 8. Esta primera especificación ha sido conocida con el

nombre de LTE (Long Term Evolution), 3.9G.

LTE, surge debido al aumento de uso de datos móviles y a nuevas aplicaciones y

servicios que con las tecnologías anteriores no se podían soportar.



Con los sistemas de comunicaciones LTE se consigue:

- Reducir los retardos, tanto en los establecimientos de la conexión como en la

transmisión.

- Aumentar las velocidades de datos, tanto para el enlace descendente como para

el enlace ascendente.

- Mejorar los servicios de broadcast y multicast.

- Conseguir soportar servicios y aplicaciones avanzadas gracias a las mejoras en

las tasas de pico, llegando a los 100 Mbit/s en el enlace descendente y 50 Mbit/s

en el enlace ascendente, para un ancho de banda de 20 MHz.

- Permitir anchos de banda que van desde 1,4 MHz hasta 20 MHz con una única

portadora, logrando la máxima velocidad de datos LTE para 20MHz.

- Soportar comunicaciones entre dos terminales que se desplazan a distintas

velocidades, siempre dependiendo de la banda de frecuencia, pero haciendo

posible la transferencia entre células sin interrupción.

- Mejorar la capacidad del sistema, soportar al menos 200 usuarios para anchos de

banda de 5MHz.

- Reducir el tiempo de latencia. Para un sistema LTE, en condiciones óptimas, un

paquete de datos tarda 5 ms en cruzar la red de acceso radio en una única

dirección.

- Mejorar la cobertura, posibilitando el funcionamiento correcto para células con

un radio de hasta 5 km, sin descartar células con radios de hasta 100 km.

El último estándar desarrollado por el 3GPP ha sido el LTE-advanced, 4G,

desarrollado mediante la Release 10, aunque esta tecnología aún no ha sido implantada.

Mediante este estándar se pueden llegar a obtener las siguientes ventajas:

- Alto grado de funcionalidad común soportada universalmente, manteniendo la

flexibilidad para soportar un amplio abanico de servicios y aplicaciones de

forma eficiente en costes.

- Compatibilidad con redes fijas y redes de acceso radio.

- Equipos de usuario valido para uso universal.

- Alta calidad y usabilidad de servicios, aplicaciones y equipos.

- Tasas de pico mejoradas para soportar servicios y aplicaciones avanzadas.

o 100 Mbit/s en alta movilidad.

o 1 Gbit/s en baja movilidad.

- Anchos de banda hasta de 100 MHz.


Fundamentos LTE 9

CAPÍTULO 2

FUNDAMENTOS LTE


Fundamentos LTE 10

2. FUNDAMENTOS LTE

En este capítulo se muestra un análisis detallado sobre aspectos técnicos de la

interfaz radio, utilizados en este proyecto, entre el eNodeB y el usuario en la tecnología

LTE. Estos aspectos, serán básicos conocerlos para entender el funcionamiento de los

simuladores mostrados más adelante.

2.1. TÉCNICAS DE ACCESO MÚLTIPLE

En cuanto a las técnicas de acceso múltiple, utilizadas en esta tecnología, se

distinguen dos tipos de técnicas: OFDMA (Ortogonal Frequency Division Multiple

Access) y SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access),

dependiendo de si se trata del enlace descendente (downlink) o del enlace ascendente

(uplink) respectivamente.

2.1.1. OFDMA (Ortogonal Frequency Division Multiple Access)

OFDMA es la técnica de acceso múltiple utilizada en enlace descendente y se trata

de una variante del tipo de modulación digital OFDM (Orthogonal Frequency Division

Multiplexing), que consiste en multiplexar un conjunto de símbolos sobre un conjunto

de subportadoras ortogonales entre sí, permitiendo eliminar los efectos de la

interferencia intersimbólica, gracias a la introducción del denominado prefijo cíclico.

Figura 2.1. Señal OFDM.

Esta técnica consigue mejorar la eficiencia espectral, reducir la interferencia

intracelular, resistencia al multitrayecto… Este tipo de técnica emplea diversidad por

frecuencia y multiusario, mediante las cuales se asigna de forma dinámica a los usuarios

diferentes grupos de subportadoras empleando las estrategias de scheduling.


Fundamentos LTE 11

2.1.2. SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access).

SC-FDMA es la técnica de acceso múltiple empleada en el enlace ascendente para

sistemas LTE. SC-FDMA es una nueva tecnología de tipo FDMA que utiliza una

portadora única y que a diferencia de OFDM, obtiene una PAR (relación potencia de

pico con potencia media) baja, manteniendo la resistencia al multitrayecto y la

flexibilidad obtenida en OFDMA para la asignación de frecuencias.

Figura 2.2. Señal OFDMA y SC-FDMA.

2.2. ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS

Se distinguen dos tipos de tramas, una para sistemas que emplean multiplexado por

división de frecuencia (modo FDD) y otra para sistemas que emplean multiplexado por

división de tiempo (modo TDD). En este proyecto, únicamente se define el tipo de

tramas para sistemas FDD, ya que es la empleada por los simuladores utilizados más

adelante.

Figura 2.3. Trama tipo FDD utilizada en LTE.


Fundamentos LTE 12

En esta estructura, el eje temporal se divide en tramas de 10 ms. Cada trama a su

vez está compuesta por veinte ranuras temporales (slots) de duración 0,5 ms, o bien de

diez subtramas de 1 ms de duración, con dos ranuras temporales por subtrama. Para

cada slots se transmiten 6 o 7 símbolos OFDM, dependido de si se utiliza un prefijo

cíclico de tipo extendido o normal respectivamente.

En el dominio de la frecuencia, se distinguen grupos de doce subportadoras,

separadas entre sí 15 kHz, formando un ancho de banda de 180 kHz.

La combinación de ambos dominios constituyen los recursos físicos, que se forman

mediante bloques de recursos (RBs). Cada RB está compuesto por un slots y un grupo

de doce subportadoras. Además, cada RBs está compuesto por un número determinado

de elementos de recursos (RE), los cuales están compuestos de una subportadora y un

slots. Por lo tanto cada bloque de recurso está formado por 84 elementos de recursos,

siempre y cuando se utilice un prefijo cíclico de tipo normal, en caso de utilizar un

prefijo cíclico extendido, cada RB estaría compuesto por 72 elementos de recurso.

Figura 2.4. Estructura de los recursos de tiempo y frecuencia.

Dependiendo del ancho de banda utilizado por el sistema, se asignarán una cantidad

u otra de bloques de recursos y por consiguiente un número de subportadoras

determinado.

Ancho de banda nominal (MHz) 1,4 3 5 10 15 20

Ancho de banda ocupado(MHz) 1,08 2,7 4,5 9 13,5 18

Número de RBs 6 15 25 50 75 100

Nª de subportadoras 72 180 300 600 900 1200

Tabla 2.1. Número de RB y subportadoras dependiendo del ancho de banda empleado.


Fundamentos LTE 13

En la Figura 2.5 se observa un ejemplo de cómo se distribuyen los bloques de

recurso en el ancho de banda, concretamente para un ancho de banda de 3 MHz.

Figura 2.5. Distribución de 15 RBs para un ancho de banda de 3 MHz.

2.3. PLANIFICACIÓN DE USUARIOS (SCHEDULING)

El scheduling, consiste en la asignación de los recursos de transmisión a los

diferentes usuarios. Para ello, se debe de determinar, en cada momento, cuáles de las

subportadoras se asignan a cada uno de los diferentes usuarios, dependiendo del estado

del canal radio de cada usuario.

En la figura 2.6 se aprecia claramente este proceso. Por un lado existen datos

asociados a cuatro usuarios diferentes, cada uno representado mediante un color, y por

el otro el conjunto de recursos que se puede contemplar, como una rejilla en los ejes de

frecuencia y tiempo, de modo que en frecuencia existe un conjunto de subportadoras

separadas Δf, cada una de las cuales se puede asignar durante un período temporal T a

cada usuario.

Figura 2.6. Ilustración del scheduling de paquetes en OFDMA.


Fundamentos LTE 14

Para asignar los recursos de transmisión, se emplean diferentes técnicas:

round robin: Esta estrategia asigna los recursos a los usuarios sin tener

en cuenta las condiciones del canal. Se considera una estrategia justa en

el sentido de que todos los usuarios tienen la misma cantidad de recursos

asignados, pero no es muy eficiente porque al no tomar en cuenta las

condiciones del canal, empeora el rendimiento global del sistema.

Best cqi: En esta estrategia el scheduler asigna los recursos radio a los

usuarios que presenten las mejores condiciones del canal. Con esta

estrategia se consigue maximizar la capacidad de la celda, pero es una

estrategia injusta, ya que los recursos solo estarán disponibles para los

usuarios con las mejores condiciones del canal y aquellos que se

encuentran en los bordes de las celdas (donde se presencian mayores

interferencias y atenuaciones) se verán penalizados al punto que no

podrán cumplir con los requisitos de QoS.

Proportinal-fair: Esta estrategia sí toma en cuenta las condiciones del

canal y su objetivo es conseguir un equilibrio entre ser una estrategia

justa y optimizar el throughput de cada usuario. Para ello, el scheduler

asigna recursos a un usuario que obtenga mayor relación entre el

throughput obtenido en un momento determinado y el throughput medio

obtenido en una ocasión anterior.

A continuación, se muestra una imagen en la que se aprecia el comportamiento de

cada una de las técnicas de planificación de usuarios, schedulers, ver Figura 2.7.

Figura 2.7. Comparativa diferentes técnicas schedulers.


Fundamentos LTE 15

2.4. MODOS DE TRANSMISIÓN UTILIZADOS EN LTE

En los sistemas LTE, se distinguen diferentes modos de transmisión definidos por

el 3GPP. Cada uno de estos sistemas puede emplear una técnica de transmisión distinta.

Los modos de transmisión más comunes son los citados en la tabla 2.2.

Tabla 2.2. Modos de transmisión.

El modo de transmisión 1, denominado SISO (single input single output), se

caracteteriza por utilizar una única antena en transmisión y en recepción.

El modo de transmisión 2, denominado TxD (Transmit Diversity), se caracteriza

por emplear transmisión por diversidad mediante el empleo de dos o cuatro antenas en

la estación base, por las que se envía la misma cantidad de flujo binario de información.

Al emplear esta técnica, se consigue mejorar la recepción de información en aquellos

usuarios que se encuentran ante malas condiciones del canal, debido a que permite

utilizar una modulación más compleja y codificaciones menos protegidas con respecto

al modo de transmisión SISO.

Los modos MIMO que emplean multiplexaxión espacial, permiten enviar diferentes

flujos binarios por cada antena, provocando un aumento del régimen binario de los

usuarios, el cual dependerá de la configuración elegida en el modo de transmisión. Este

aumento se observa principalmente en aquellos usuarios que disponen de unas buenas

condiciones del canal radio. Esta técnica de multiplexación espacial se realiza mediante

una matriz de precodificación, que establece la correspondencia entre las palabras

código a transmitir y los puertos de antena. La estación base establece el modo de

transmisión (por lo tanto, el número de flujos simultáneos a transmitir) y la matriz de

precodificación, en función de la información proporcionada por el UE.

El modo de transmisión 3, denominado OLSM (Open-loop spatial multiplexing), es

un tipo de modo MIMO que emplea multiplexación espacial con lazo abierto y debe de

ser utilizado cuando el usuario se mueva a una velocidad media o alta.

La información enviada, para obtener la matriz de precodificación, sobre el estado

del canal en el que se encuentra el usuario, es proporcionada al eNodeB mediante los

siguientes indicadores:

Modo de TX Nombre Antenas soportadas

eNB UE

1 SISO 1 1

2 TxD 2 1,2

3 OLSM (SU-MIMO) 2,4 2,4

4 CLSM (SU-MIMO) 2,4 2,4

5 MIMO (MU-MIMO) 2,4,8 2,4


Fundamentos LTE 16

- Rank Indicator (RI): Es el rango del canal para transmisión MIMO que el

usuario recomienda que se use, mostrando el número de layers, capas, que el

canal es capaz de soportar, es decir, si las condiciones del canal son muy malas

este indicador tomará un valor de uno, indicando que el uso de MIMO no es

compatible, y si las condiciones del canal fueran buenas podrá tomar una valor

entre dos y cuatro, dependiendo de la configuración de las antenas.

- Channel Qualitity Indicator (CQI): indicador que muestra las condiciones del

canal, a partir de la SINR.

El modo de transmisión 4, denominado CLSM (Close-loop spatial multiplexing) es

un tipo de modo MIMO que emplea multiplexación espacial con lazo cerrado. En este

modo, el UE estima la propagación del canal a partir de las señales de referencia

comunes, analiza las condiciones del canal en cada flujo transmitido y proporciona el

indicador PMI (Precoding Matrix Indicator) del libro de códigos configurado en el

eNodeB y el UE, estableciendo la matriz de precodificación óptima que utiliza la

estación base. La información proporcionada por el PMI sólo es útil cuando el canal

radio cambia lentamente, ya que existe un retardo entre la medida del canal realizada

por el UE y la transmisión siguiente que realiza la estación base.

Tanto el modo OLSM como el modo CLSM, utilizan la variante de MIMO de

usuario único, denominada SU-MIMO, ver Figura 2.8.

Figura 2.8. Esquema SU-MIMO.


Fundamentos LTE 17

El modo de transmisión 5, es otra variante del modo de transmisión MIMO, con la

diferencia de que en los modos 3 y 4 se utilizaba la variante de un único usuario (SU-

MIMO) y en este modo se utiliza la variante de multisuario (MU-MIMO), ver Figura

2.9. La diferencia entre SU-MIMO y MU-MIMO consiste en que en los sistemas SU-

MIMO todos los flujos de datos pertenecen a un mismo usuario, mientras que en los

sistemas MU-MIMO se multiplexan los datos de varios usuarios sobre los mimos

recursos de tiempo y frecuencia.

Figura 2.9. Esquema MU-MIMO.

2.5. CHANNEL QUALITY INDICATORS (CQI)

Este parámetro informa al eNodeB sobre la calidad del canal radio del usuario a

partir de la SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) determinada por el propio

usuario. Puede tomar dieciséis valores diferentes (0-15), en los que se aplica diferentes

esquemas de modulación-codificación (MCS), diferentes valores de tasa efectiva de

codificación (ECR) y diferentes valores de eficiencia, dependiendo del índice asignado

al CQI. De esta manera, el usuario informa al eNodeB de cuál es el índice máximo de la

configuración MCS que permite obtener una BLER (Block Error Rate) inferior al 10 %.

Estos valores están recogidos en la tabla 2.3


Fundamentos LTE 18

CQI index Modulación Tasa efectiva de

codificación (ECR)

Eficiencia (bits/Hz)

0 ----------------------

--

-------------------------- --------------------------

1 QPSK 0,0762 0,1523

2 QPSK 0,1172 0,2344

3 QPSK 0,1885 0,3770

4 QPSK 0,3008 0,6016

5 QPSK 0,4385 0,8770

6 QPSK 0,5879 1,1758

7 16-QAM 0,3691 1,4766

8 16-QAM 0,4785 1,9141

9 16-QAM 0,6016 2,4063

10 64-QAM 0,4551 2,7305

11 64-QAM 0,5537 3,3223

12 64-QAM 0,6504 3,9023

13 64-QAM 0,7539 4,5234

14 64-QAM 0,8525 5,1152

15 64-QAM 0,9258 5,5547

Tabla 2.3. Modulación, tasa efectiva de codificación y eficiencia de cada índice CQI.

2.6. TÉCNICA DE RETRANSMISIÓN HARQ

La técnica de retransmisión HARQ, es el uso de la técnica convencional ARQ junto

con una técnica de corrección de errores llamada 'Soft Combining'. Por ello se debe

analiza previamente la técnica de transmisión ARQ.

Con la técnica ARQ, cuando se recibe un paquete erróneo, el sistema simplemente

descarta y pide un mensaje de retransmisión, del mismo paquete, al emisor. Estos

mensajes permiten al receptor informar si la transmisión fue correcta ‘ACK’ o no lo fue

‘NACK’. Si en la retransmisión nueva, el paquete llega con errores, el sistema pide una

nueva retransmisión de este mismo paquete, es decir, envía otro mensaje 'NACK'.

Por lo tanto, cada vez que un paquete no ha sido decodificado correctamente se

tiene que descartar, solicitar el mismo paquete otra vez, enviarlo y codificarlo de nuevo.

Todo este proceso, supone un empeoramiento del enlace y por ello es necesario el uso

de la técnica HARQ, que mejora el rendimiento del enlace y minimiza las

retransmisiones.

Con la técnica de retransmisión HARQ, los paquetes de datos que no son

decodificados correctamente ya no se descartan, si no que se almacenan en un “buffer”

y se combinan con la siguiente retransmisión. Por ejemplo, si se reciben dos o más

paquetes con un SNR insuficiente para permitir su decodificación individual, se pueden


Fundamentos LTE 19

combinar con los otros que ya están almacenados, de tal manera que la señal completa

pueda ser decodificada.

El número máximo de retransmisiones que se puede tener en cada proceso es de

cuatro, ya que es el número máximo soportado por el buffer.

Figura 2.10. Ejemplo de transmisión utilizando la técnica HARQ.

Dado que las retransmisiones HARQ son rápidas, muchos servicios permiten una

o varias retransmisiones.

Para el enlace descendente, las retransmisiones HARQ, se basan en un protocolo

asíncrono, es decir, las retransmisiones se pueden dar en cualquier instante tras haber

transmitido el paquete por primera vez, pero requieren de un indicador de número de

procesos para identificar dichas retransmisiones. Para el enlace ascendente, las

retransmisiones se basan en un protocolo síncrono, es decir, el tiempo entre la

transmisión inicial y las posibles retransmisiones es fijo y conocido, por ello no se

necesita identificar el proceso de retransmisión, pero sí, el scheduler ha de estar

informado de dichas retransmisiones, ya que la entidad HARQ del eNodeB le indicará

si es necesario retransmitir o no.

2.7. ESTIMACIÓN DEL CANAL

En un sistema OFDM, como es el caso de LTE, el transmisor modula la secuencia

de bits en símbolos PSK o QAM, para seguidamente implementar la IDFT sobre estos

símbolos, convirtiéndolos en señales en el dominio temporal. Por último, estas señales

son enviadas por el canal inalámbrico, sufriendo distorsionamientos debido a las

condiciones del canal. Para poder recuperar la información, el receptor debe revertir

todo el proceso anterior. A este proceso es el que se conoce como ecualización y sólo es

posible si se conoce la respuesta del canal. Por ello, es necesario conocer dicha

respuesta y se consigue mediante la estimación del canal.


Fundamentos LTE 20

En general, la estimación del canal se realiza mediante la transmisión de señales

piloto o de referencia, empleando diversas técnicas para estimar el valor del canal en la

subportadora donde se transmitió la señal piloto. Estas señales de referencia o piloto se

sitúan en una portadora determinada, de un símbolo OFDM concreto, y se insertan cada

seis subportadoras. En cada bloque de recurso, se insertan un mínimo de dos señales de

referencia, denominadas primarias. En función de las condiciones del canal, se puede

colocar un segundo grupo de señales de referencia, denominadas señales de referencia

secundarias, situadas en el quinto símbolo del slot de tiempo. En la Figura 2.11, se

muestra un ejemplo de cómo se distribuyen las señales de referencia en una subtrama de

doce subportadoras.

Figura 2.11. Posicionamiento de las señales piloto en una subtrama de doce

subportadoras.

Esta estimación de canal, la cual consiste en la inserción de señales piloto, equivale

en cierta manera a un proceso de muestreo, en el cual reconstruyendo las muestras de

las posiciones en las que se insertaron las señales piloto, se obtiene la respuesta

completa del canal.

Existen varias técnicas que se encargan de estimar todo el canal. Estas técnicas

son:

- LS (Least Squares ó de mínimos cuadrados): esta técnica tiene una ventaja y es

que no necesita conocer las características del canal, tan sólo se basa en calcular

las estimaciones en las posiciones piloto, para luego combinar los símbolos

piloto recibidos con los transmitidos, minimizando el error cuadrático entre

ellos.


Fundamentos LTE 21

- MMSE (mínimo error cuadrático medio): está técnica se basa en el

conocimiento previo de las características del canal y del ruido introducido. La

estimación se realiza teniendo en cuenta las propiedades estadísticas del canal y

las del ruido, que ha sido previamente calculado por el receptor.


Simulación para comunicaciones móviles 22

CAPÍTULO 3

SIMULACIÓN PARA

COMUNICACIONES

MÓVILES



3. SIMULACIÓN PARA COMUNICACIONES MÓVILES

Debido a la gran evolución, a su vez necesaria por la demanda de los usuarios, de

las comunicaciones móviles, es conveniente la utilización de diferentes tipos de

simuladores que muestren el comportamiento de las diferentes tecnologías en diversos

escenarios, para así obtener una aproximación de los resultados que se podrían obtener

en la realidad.

A continuación, se muestra una serie de características generales sobre simulación,

para posteriormente hacer hincapié en características que se llevan cabo en

simulaciones de LTE.

3.1. ASPECTOS GENERALES SOBRE SIMULACIÓN

Para realizar una simulación es importante destacar que existen dos tipos de

simulaciones, simulación a nivel de enlace y a nivel de sistema, las cuales dependerán

de si se quiere analizar el comportamiento del enlace entre la estación base y un único

usuario o el comportamiento de toda una red, es decir, el enlace entre las estaciones

base correspondientes a una zona determinada y los usuarios afiliados a dichas

estaciones base.

3.1.1. Simulación a nivel de enlace, link level

Este tipo de simulación se encarga de analizar el comportamiento del enlace entre

la estación base y un único usuario, Figura 3.1.

Figura 3.1. Representación de una simulación a nivel de enlace.

Aquellos simuladores cuya función sea la de realizar una simulación a nivel de

enlace, utilizan un esquema muy similar al mostrado en la Figura 3.2.



Para realizar este tipo de simulaciones, se realiza en primer lugar la codificación de

los bits de información a transmitir, añadiendo bits de redundancia empleando el uso de

turbo códigos. Seguidamente, se aplica el entrelazado de bits aleatorio que permite

proteger la información de los errores de ráfaga, que afectan a bits consecutivos.

Posteriormente y si se están utilizando técnicas de transmisión multi-antena, se emplean

métodos de codificación en espacio, frecuencia y tiempo para atenuar los efectos del

desvanecimiento, incrementar la capacidad, reducir el efecto de las interferencias y

conseguir que se mejore la SNR en recepción. Después de pasar por este proceso, la

información es enviada por el canal donde sufre modificaciones por desvanecimientos,

dispersión de frecuencia e interferencia intersimbólica. Una vez se ha transmitido la

información, el usuario ha de recibirla para ello se utiliza el proceso inverso al descrito

anteriormente.

Figura 3.2. Esquema simulación a nivel de enlace.

3.1.2. Simulación a nivel de sistema, system level

Este tipo de simulación, está enfocada a evaluar el rendimiento y las prestaciones

de la red de acceso radio, ver Figura 3.3. De tal manera, que se modela la señal

recibida, las interferencias de otros usuarios y el ruido, teniendo en cuenta la movilidad

de los usuarios, las pérdidas de propagación y los efectos de desvanecimientos del

canal. De esta manera, se obtiene la relación entre la potencia de portadora y la potencia

de ruido interferente (CIR), para cada usuario activo, teniendo en cuenta la

configuración de la red y los algoritmos de gestión del recurso radio que se usen. De los

valores de CIR, se pueden obtener los valores de BER (Bit Error Rate) o FER (Frame

Error Rate), usando las relaciones obtenidas de la simulación de enlace.



Figura 3.3. Representación de una simulación a nivel de sistema.

En definitiva, las simulaciones a nivel de enlace, permiten la investigación de

cuestiones como las múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), la modulación

adaptable y la codificación de retroalimentación (AMC), el modelado del canal de

codificación y decodificación o el modelado de la capa física a nivel de sistema.

Mientras que las simulaciones a nivel de sistema, se centran más en cuestiones

relacionadas con la red, como son la programación, el manejo de la movilidad o la

gestión de interferencias.

A pesar de que las simulaciones a nivel de enlace y a nivel de sistema se realizan

por separado, los simuladores necesitan conocer la información obtenida por el otro

simulador. De esta manera entre ambos simuladores se define una interfaz denominada

‘link to system’ (L2S), ver Figura 3.4.

Figura 3.4. Conexión de la interfaz L2S con los simuladores.



3.2. INTRODUCCIÓN SIMULACIÓN UMTS

Se va a realizar un análisis breve sobre algunos simuladores, tanto de nivel de

enlace como de nivel de sistema, que existen sobre la tecnología UMTS. En cada uno de

ellos se explicará su funcionamiento y resultados gráficos que se pueden obtener,

dependiendo de los parámetros que hayan sido configurados y características propias de

cada simulador. Todos estos simuladores están desarrollados mediante el software

Matltab, aunque alguno de ellos únicamente funciona para versiones anteriores a la de

2010.

Todos estos simuladores, a excepción del simulador NPSW, han sido obtenidos del

libro creado por la fundación Vodafone sobre redes UMTS.

Simulador turbo-códigos

El primero de estos simuladores, denominado, ‘simulador turbo-códigos’, trata

sobre un simulador a nivel de enlace que permite obtener las prestaciones del Turbo-

codificador en diferentes entornos móviles. Las prestaciones que se pueden medir son:

la BER (Bit Error Rate) y la FER (Frame Error Rate), con respecto a la relación señal a

ruido / .

El rango de / que se simula, se determina proporcionando al simulador la

/ inicial, la / final y el número de puntos intermedios que se simulan.

Los parámetros que caracterizan la simulación son:

- La profundidad de entrelazado (N). Aumentar este valor implica mejorar las

prestaciones del codificador. El margen permitido está entre 40 y 5114.

- Número de iteraciones que realiza el algoritmo de decodificación.

- Números de tramas a simular: la relación entre las tramas radio y las tramas de

simulación viene dada por el TTI que se está simulando. El número de tramas a

simular depende de la relación señal a ruido en la que se esté trabajando.

- En cuanto al tipo de canal a simular, existen las posibilidades indoor_office,

indoor_pedestrian y vehicular.

En la Figura 3.5, se muestra la pantalla obtenida mediante este simulador, en la cual

se modifican los parámetros de simulación mencionados anteriormente y se observan

las gráficas obtenidas, tanto de la BER como de la FER.



Figura 3.5. Representación de la pantalla obtenida en el simulador de turbo – códigos.

Simulador del Enlace Ascendente UTRA-FDD

Es un simulador a nivel de enlace que está orientado fundamentalmente a mostrar

las características de la señal generada por un usuario en la red de acceso radio de

UMTS (UTRA).

Los dos parámetros que caracterizan al simulador son los datos del receptor y los

datos del entorno.

Receptor: permite determinar las características de mi equipo receptor, como son el

número de antenas y la relación señal a interferencia.

Entorno: la ITU propone tres entornos de propagación y en cada entorno dos tipos

de canal, por lo que en el simulador habrá seis modelos de canal, denominados el

canal de tipo A y el canal de tipo B. Al canal de tipo A se le puede considerar como

un “buen “canal ya que con él se consiguen mejores prestaciones que con el canal

de tipo B. Los entornos son los siguientes:

- Interior de Oficina (“Indoor Office”, es decir, picoceldas).

- Peatonal, (“Outdoor to Indoor & Pedestrian”, entornos exteriores con bajas

velocidades, es decir, microceldas).

- Vehicular (entornos exteriores con altas velocidades, es decir, macroceldas).



Una vez configurados los parámetros de simulación, el simulador muestra la

codificación del canal, la multiplexación de los canales, la codificación de batido o

aleatorización y el filtrado del canal. También permite obtener la representación

temporal, el diagrama de constelación, los diagramas de ojo de la señales en las

diversas partes del sistema, calcular y representar el espectro de las señales, así como la

respuesta en frecuencia del canal y su evolución temporal.

Figura 3.6. Diagrama de ojos obtenido mediante el simulador UTRA-FDD.

Simulador de entorno microcelular

Se trata de un simulador a nivel de sistema, con el cual se pretende estudiar las

prestaciones de un sistema UMTS en un entorno urbano. Para ello, utiliza un entorno

denominado Manhattan que simula un conjunto de calles de una ciudad, en la que los

usuarios se distribuyen aleatoriamente y actualizan su posición de acuerdo con el

modelo de movilidad. Una opción del software, es que permite incluir usuarios en el

interior de los edificios. Existen un total de 66 estaciones bases que están provistas de

antenas omnidireccionales.

En cada paso de la simulación, el simulador realiza una serie de cálculos, cuyo

resultado final será la asignación de estaciones base a los móviles y el control de la

potencia transmitida para cumplir los requisitos de calidad deseados.

Otras funciones que permite el simulador son:

- Obtener gráficamente los datos del balance.

- Obtener el modelo de movilidad.

- Generar sucesivas distribuciones de usuarios en el entorno Manhattan.

- Estudiar, a partir del modelo de tráfico, la generación de llamadas y un cálculo

sobre la probabilidad de bloqueo.



- Realizar una pequeña simulación en la que se pueden modificar las posiciones

de los móviles, identificando su nueva posición y a que nuevo estación base está

conectado.

- Seleccionar en la gráfica un usuario determinado y obtener la potencia recibida,

los valores de SIR (Signal to interference Ratio) y los momentos de actividad del

móvil.

El simulador permite la opción de comprobar la posición de los usuarios, así como

su movilidad.

Figura 3.7. Posición y movilidad de los usuarios asignados en el simulador

microcelular.

Además, el simulador permite representar el mapa de zonas de cobertura mediante

diferentes puntos, representados con distintos colores para distinguir las diferentes

zonas de cobertura.

Figura 3.8. Representación de la zona de cobertura en el simulador microcelular.



A continuación se hace referencia a uno de los simuladores más completos, para

uso académico, sobre la tecnología UMTS. Este simulador se denominada NPSW.

Simulador NPSW.

Este simulador permite el estudio de cobertura, capacidad y planificación de una

red UMTS, mediante la simulación de un escenario ideal o real, en este caso se ha

implantado la ciudad de Helsinki para ser utilizada en el caso real.

Los parámetros que se pueden en este simulador son:

- Se mide el número de usuarios que intervienen en la simulación, mostrando el

número de usuarios a los que no les llega señal de las estaciones base.

- Muestra la cobertura proporcionada por cada estación base.

- Muestra el handover producido, indicando el número de usuarios que pertenecen

a más de una estación base.

- Indica la atenuación sufrida en cada estación base.

- Indica el valor de carga sufrido por cada estación base y la potencia transmitida

en función de los usuarios.

En las Figuras 3.9, 3.10 se puede observar algunas de las características mencionadas

anteriormente.

Figura 3.9. Representación de los usuarios en el caso real.



Figura 3.10. Representación de la zona de cobertura.

3.3. SIMULACIÓN LTE

A continuación, se nombra una serie de características establecidas para las

simulaciones de sistemas LTE y posteriormente se indica una serie de simuladores LTE

existentes en el mercado, para uso académico, desarrollados mediante el software

matlab.

3.3.1. Consideraciones generales

Los sistemas LTE, utilizan tecnologías basadas en OFDM (Orthogonal Frequency

Division Multiplexing) que permiten enviar múltiples símbolos en diferentes

subportadoras. Debido al gran ancho de banda de estos sistemas y al efecto

multitrayecto propio de los canales de comunicaciones móviles, cada subportadora se ve

afectada por el canal de manera distinta, y en consecuencia, los valores de relación señal

a ruido e interferencia (SINR) en cada una de éstas también difieren. Las prestaciones

de cada enlace, calculadas mediante los simuladores a nivel de enlace, dependen por

tanto de un conjunto de valores de SINR que caracterizan el canal para cada

subportadora, por lo que se hace indispensable una técnica que permite obtener un valor

único de SINR, denominado SINR efectiva. Este valor único de SINR, es calculado a

través de la interfaz L2S. El esquema que caracteriza dicha interfaz es el mostrado en la

Figura 3.11.



Figura 3.11. Estructura interfaz ‘link to system’, L2S.

La SINR efectiva se calcula a partir de una serie de modelos matemáticos

denominados Efective SNR Mapping (ESM), empleando la siguiente fórmula.

Donde R es el número subportadoras, f(x) es la función que presenta la medida de

información que depende del modelo Efective SNR Mapping (ESM) elegido, siendo

(x) la inversa de la función f(x) y β es un valor de autoajuste que se puede modificar

para que coincida con un valor de MCS en concreto. Algunos de los modelos más

utilizados son:

Logarithmic ESM(LESM): f ( ) =

Capacity ESM(CESM): f ( ) =

Exponential ESM(EESM) : f ( ) = exp (

Mutual Information ESM (MIESM): f ( ) = ( ). La función que

proporciona la información es calculada por la capacidad obtenida a través

de unas tablas de codificación y modulación denominadas BICM (Bit

Interleaved Coded Modulation)

Además cabe destacar, que la relación obtenida entre la BLER y la SINR para un

determinado canal es semejante a la relación obtenida en un canal AWGN debido a las

pocas variaciones sufridas por el canal durante la transmisión.



Las simulaciones a nivel de enlace en sistemas LTE, se centran principalmente en

aspectos de la capa física y de la capa de enlace como son, diferentes esquemas de

modulación y codificación empleando diferentes valores de CQI, algoritmos de

retransmisión de paquetes erróneos mediante la técnica de retransmisión HARQ y

utilización de diferentes técnicas MIMO para la transmisión, SU-MIMO y MU-MIMO.

En cuanto a las simulaciones a nivel de sistema, están enfocadas a analizar

parámetros relacionados con la red: distribución de los usuarios en la zona de cobertura,

diferentes planificadores de usuarios (scheduling), propagación radioeléctrica

(desvanecimientos lentos y rápidos), eficiencia espectral y throughput obtenido por los

usuarios.

3.3.2. Simuladores LTE

En este proyecto se han estudiado una serie de simuladores LTE desarrollados

mediante el software Matlab, pero en el mercado existen otra clase de simuladores

desarrollados mediante otros lenguajes de programación, como pueden ser C/C++.

A continuación se hace referencia a dos bloques de simuladores, los cuales han sido

utilizados para la realización de este proyecto.

Simuladores de Viena.

En concreto, se han estudiado y explicado unos simuladores desarrollados, tanto a

nivel de enlace como a nivel de sistema, por el “Institute of Communications and

Radio-Frecuency Engineering de la Universidad de Viena”, los cuales pueden

descargarse de forma gratuita de la página web de los desarrolladores [1], teniendo que

firmar previamente un acuerdo para una utilización de uso académico.

El “Institute of Communications and Radio - Frecuency Engineering de la

Universidad de Viena” tiene publicado en su página web varios simuladores LTE, tanto

a nivel de enlace como a nivel de sistema, para el enlace ascendente y enlace

descendente, en los que se incluyen todas las versiones que han sido realizadas,

exceptuando la última versión del simulador a nivel de sistema, ya que en la página web

únicamente está hasta la versión ‘1.6_r885’ y ya ha sido desarrollada la versión ‘1.7_

r1119’.



Figura 3.12. Tipos de simuladores desarrollados por el Institute of Communications

and Radio - Frecuency Engineering.

Para poder descargar cualquier versión de los simuladores mostrados en la Figura

3.12, hay que seleccionar el simulador deseado y posteriormente pulsar en la opción

‘download section’ y a continuación rellenar el formulario mostrado en la Figura 3.13.

Figura 3.13. Formulario a rellenar para descargar los simuladores de Viena.

Los simuladores a nivel de enlace y a nivel de sistema, para el enlace descendente,

son explicados detalladamente en las secciones 4 y 5 respectivamente.

Otros simuladores

Además de los simuladores anteriores, se mencionan otro tipo de simuladores de

uso académico desarrollados mediante el software Matlab, con el inconveniente de que

no son gratuitos, con los que se han desarrollados diferentes prácticas y tesis en cuanto a

su funcionamiento.



Figura 3.14. Página web de los simuladores [16].

El paquete software disponible para las universidades, es el denominado “4G

University SuiteTM

“. Este paquete incluye dos herramientas software denominadas,

LTE LABTM

y WIMAX LABTM

. De las dos herramientas software disponibles, el

proyecto se centra en LTE LABTM,

ya que analiza las características LTE.

LTE LABTM

Esta herramienta incluye dos simuladores LTE, en concreto un simulador a nivel de

enlace, LTE PHY Lab y un simulador a nivel de sistema, LTE MAC Lab. A

continuación, se muestra las características de cada uno de estos simuladores.

- LTE PHY Lab

Es una herramienta de Matlab que permite trabajar con la capa física de LTE. Este

simulador se basa en el esquema mostrado en la Figura 3.15.

Figura 3.15. Diagrama de bloques del simulador LTE PHY Lab.



Este simulador permite generar simulaciones tanto para el enlace ascendente,

uplink, como para el enlace descendiente, downlink. Empleando, para un modo de

transmisión SU-MIMO, 8 o 4 antenas, dependiendo de si se trata del downlink o del

uplink respectivamente. Al generar simulaciones para ambos enlaces, se puede observar

el comportamiento tanto de la técnica de acceso múltiple OFDMA como SC-FDMA.

Figura 3.16. Red de recursos y asignación de los recursos en el downlink.

Figura 3.17. Visión general de una subtrama en el dowlink.

Además, el simulador es capaz de soportar todos los anchos de banda posibles para

LTE y soportar sistemas FDD y TDD. A parte de estas características, el simulador

muestra la evolución de la señal en el dominio del tiempo y la función de densidad de

potencia (DSP), ver Figura 3.18.



Figura 3.18. Evolución de la señal en el dominio del tiempo y densidad de potencia.

Otras de las gráficas mostradas por el simulador, es la asignación de los elementos

de recurso después de la demodulación, OFDM, ver Figura 3.19.

Figura 3.19. Representación de los elementos de recurso.



Además muestra la constelación de la señal recibida, sin interferencias ni ruidos, y

dicha constelación añadiendo ruido y señales de interferencia.

Figura 3.20. Constelación de la señal recibida, sin interferencias ni ruido.

Figura 3.21. Evolución de la constelación de la señal recibida añadiendo interferencias

y ruido.

- LTE MAC Lab

LTE MAC Lab muestra el comportamiento dinámico de una red de acceso de radio,

centrándose en funciones de gestión de recursos de radio, tales como, la programación y

la adaptación del enlace y en particular la aplicación de los modelos de propagación y

de movilidad. Este simulador se basa en el esquema mostrado en la Figura 3.22.



Figura 3.22. Esquema del simulador LTE MAC Lab.

Este simulador permite generar simulaciones con las siguientes características:

- Entorno en el que se desarrolla la simulación: rural, urbano y suburbano.

- Emplea antenas omnidireccionales con 1 ó 3 sectores.

- Técnicas de scheduling: round robin, best cqi, proportional fair.

- Bandas de canal LTE permitidas: 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz, 2500 MHz.

- Soporta todos los anchos de banda disponibles para LTE: 1.4 MHz, 3 MHz, 5

MHz, 10 MHz, 15 MHz y 20 MHz.


Simulador a nivel de enlace, Link Level 40

CAPÍTULO 4

SIMULADOR A NIVEL DE

ENLACE, LINK LEVEL



4. SIMULADOR A NIVEL DE ENLACE, LINK LEVEL

A continuación, se va a explicar el funcionamiento del simulador a nivel de enlace

desarrollado por el “Institute of Communications and Radio - Frecuency Engineering de

la Universidad de Viena”. Existen dos versiones del simulador, una para el enlace

ascendente y otra para el enlace descendente. En este apartado del proyecto, se estudiará

y analizará únicamente el simulador para el enlace descendente, concretamente la

versión 1.7r1089.

Para la utilización de este simulador, se recomienda utilizar la versión 2012 del

software Matlab, aunque se puede utilizar desde la versión 2009.

Este simulador permite comprobar el rendimiento de una transmisión LTE a nivel

de enlace, concretamente la tasa media de transferencia de datos exitosa. Es útil para

optimizar el diseño de los receptores y analizar los esquemas de modulación y

codificación, así como los mecanismos de retransmisión de paquetes, es decir, los

diferentes algoritmos de retransmisión, las distintas técnicas y modos de transmisión.

4.1. CARACTERÍSITICAS DEL SIMULADOR.

El simulador dispone de varios tipos de simulación preconfiguradas con

anterioridad, a través de unos parámetros de simulación. Los diferentes tipos de

simulación se encuentran situados en diferentes ficheros de la carpeta

‘+simulation_config’. Las diferentes opciones que se pueden simular, hacen referencia

principalmente, a simulaciones con diferentes modos de transmisión.

A continuación, se explican los diferentes parámetros de simulación, que

especifican los diferentes tipos de simulación a realizar.

4.2. PARÁMETROS DE SIMULACIÓN.

Los parámetros de simulación que definen los ficheros característicos de las

simulaciones situados en la carpeta ‘+simulation_config’, están definidos de la siguiente

forma:

Parámetros generales: número de equipos de usuario, de estaciones base, ancho

de banda, procesos HARQ…

Parámetros correspondientes a la matriz del canal fuente: genera la matriz del

canal.

Parámetros de configuración de los UEs: se elige el modo de transmisión, la

diversidad de retraso Cíclico, la velocidad del canal…

Parámetros correspondientes al modelo del canal: tipo del canal a utilizar, los

tiempos de correlación…



Parámetros de configuración de los schedulers: tipo de scheduler utilizado.

A continuación, se muestran los parámetros correspondientes a las opciones

indicadas anteriormente, con las distintitas opciones que pueden tomar estos

parámetros.

4.2.1. Parámetros generales

- LTE_params.uplink_delay: corresponde con el retraso que se produce en el

enlace descendente debido a los reconocimientos del ACK, la precodificación,

los CQI, la matriz PMI y el indicador RI. Este parámetro ha de tener un valor

entero mayor que cero y es muy útil si se quiere experimentar con la

programación de algoritmos o utilizar mecanismos de retroalimentación.

- LTE_params.show_plots: parámetro que posibilita la opción de mostrar gráficos

o no durante la simulación.

- LTE_params.trace_subcarrier_SNR: permite la posibilidad de crear una traza de

subportadora de la SNR para almacenarla en la carpeta ‘+simulation_results’.

Este parámetro suele estar configurado en false.

- LTE_params.N_seed_reset: este parámetro es útil si se genera un canal

correlacionado con el tiempo.

- LTE_params.carrier_freq: asigna la frecuencia de la portadora en Hz.

- LTE_params.Bandwidth: determina el ancho de banda del sistema, cuyo valores

permitidos para LTE son 1.4, 5, 10, 15 y 20 MHz.

- LTE_params.HARQ_processes: asigna el número de procesos de retransmisión

HARQ. El valor máximo que puede llegar alcanzar este parámetro es 8.

- LTE_params.max_HARQ_retransmissions: asigna el número máximo de

retransimisiones HARQ que se pueden dar durante la simulación. Los valores

válidos son 0, 1, 2 ó 3. Si el valor asignado es cero, implica que no existe

retransmisión HARQ.

- LTE_params.SubcarrierSpacing: determina la separación en frecuencia de las

subportadoras. Los valores permitidos de espaciado son 15 kHz y 7,5 kHz,

aunque este último valor no está probado.

- LTE_params.simulation_type: selecciona el modo de trabajo de la simulación,

es decir, puede trabajar en modo normal o en modo paralelo.



- LTE_params.simulate_with_all_zero_sequences: parámetro útil si se realizan

pruebas de entrelazado, en la cual se le asigna el valor TRUE y esto implica que

se transmite una secuencia de datos todo ceros.

- LTE_params.introduce_frequency_offset: parámetro aún en desarrollo y no está

operativo funcionalmente, pero sirve para introducir un desplazamiento

adicional de frecuencia.

- LTE_params.random_noise_seeding: parámetro que permite la repetividad de

las realizaciones del ruido.

4.2.2. Parámetros correspondientes a la matriz del canal fuente

- LTE_params.channel_matrix_source: parámetro que controla la generación de la

traza matriz del canal.

- LTE_params.store_channel_trace: si se establece en true, entonces la traza del

canal se guarda al final de la simulación en la carpeta ‘+results’.

- LTE_params.channel_matrix_tracefile: nombre del archivo de rastreo donde la

matriz de canal de seguimiento es almacenada.

4.2.3. Parámetros de configuración de los UEs

- LTE_params.UE_config.turbo_iterations: almacena el número de iteraciones

que se va a utilizar el decodificador turbo. Este parámetro tiene un valor por

defecto que es 8.

- LTE_params.UE_config.N_soft: parámetro que define el número total de bits de

canal disponibles para el procesamiento HARQ.

- LTE_params.UE_config.channel_estimation_method: asigna el método de

estimación del canal, que puede ser PERFECT, LS o MSE.

- LTE_params.UE_config.channel_interpolation_method: asigna el método de

interpolación del canal, que puede ser sincronizado en frecuencia, sincronizado

en el tiempo, lineal, cúbico o de verdadero y falso.

- LTE_params.UE_config.autocorrelation_matrix_type: identifica el tipo de

matriz de autocorrelacción, ya sea ideal o estimada.

- LTE_params.UE_config.user_speed: almacena la velocidad del canal y viene

expresada en m/s.



- LTE_params.UE_config.realization_num: almacena el número de realizaciones

del canal y es útil para obtener la matriz de autocorrelación del canal.

- LTE_params.UE_config.realization_num_total: almacena el número total de

realizaciones del canal y también es útil para estimar y obtiene la matriz de

autocorrelación del canal.

- LTE_params.UE_config.CDD: determina la diversidad del retardo cíclico. Los

valores que pueden tomar este parámetro son:

0: cero retraso CDD

1: pequeño retraso CDD

2: gran retraso CDD

- LTE_params.UE_config.mode: identifica el modo de transmisión y pueden ser:

1: SISO

2: TxD

3: OLSM

4: CLSM

5:MU-MIMO (no implementado en el simulador)

- LTE_params.UE_config.nRX: parámetro que determina el número de antena de

recepción que hay en el UE.

- LTE_params.UE_config.perfect_freq_sync: parámetro que determina si el UE

está sincronizado perfectamente en frecuencia.

- LTE_params.UE_config.predict: parámetro que predice la retroalimentación si

la predicción del canal está activada.

- LTE_params.UE_config.SINR_averaging.averager: define la señal efectiva

frente a interferencias y ruido.

- LTE_params.UE_config.SINR_averaging.MCSs: define el conjunto de MCSs

(esquemas de modulación y codificación). Si este parámetro es modificado,

puede dar lugar a errores inesperados en la simulación, ya los valores que vienen

ya configurados han sido obtenido a partir de varias simulaciones de prueba y

son valores no modificables.

- LTE_params.BS_config.nTx: parámetro que determina el número de antenas en

el eNodeB.



4.2.4. Parámetros correspondientes al modelo del canal

- LTE_params.ChanMod_config.filtering: parámetro que determina la filtración

del canal. Por lo general esté parámetro viene asignado como BlockFading con

el que se consigue que el canal sea constante durante una subtrama, pero

también puede configurarse como FastFading.

- LTE_params.ChanMod_config.interpolation_method: parámetro que determina

el método de interpolación del canal para los canales que se generan en el

simulador. Este parámetro puede tomar dos valores:

Shift_to_nearest_neighbor: para una interpolación con el canal más

cercano.

Sinc_interpolation: para una interpolación sincronizada y más precisa.

- LTE_params.ChanMod_config.type: parámetro que especifica el tipo de canal

utilizado. Las opciones disponibles son AWGN, flat Rayleigh, PedA, PedB,

VehA, VehB, TU, RA, HT y Winner II. El tipo de canal Winner II es útil para

comunicaciones inalámbricas y se utiliza en diferentes escenarios. Este canal

tiene unos parámetros de configuración diferentes al resto de canales.

- LTE_params.ChanMod_config.corr_coefRX: parámetro que determina la

correlación que existen entre las antenas receptoras.

- LTE_params.ChanMod_config.corr_coefTX: parámetro que determina la

correlación que existen entre las antenas transmisoras.

- LTE_params.ChanMod_config.time_correlation: parámetro que determina si las

realizaciones del canal están o no correlacionadas en el tiempo o si por el

contrario son independientes.

4.2.5. Parámetros de configuración de los schedulers

- LTE_params.scheduler.type: parámetro que determina el tipo de scheduler

utilizado. Las opciones disponibles son round robin, best cqi y fixed.

- LTE_params.scheduler.assignment: parámetro que determina la asignación del

scheduler. Puede ser estático, semiestático o dinámico.

- LTE_params.scheduler.fixed_scheduler_assignment: opción disponible solo

cuando se usa un scheduler tipo fixed, cuya configuración y asignación es

diferente al resto de schedulers.



- LTE_params.scheduler.cqi: el planificador CQI se usa cuando se transmite la

información. Si está configurada como “set” y estamos en el caso estático, el

valor del CQI es leído desde la variable cqi_i de la función que inicia la

simulación.

- LTE_params.scheduler.PMI: parámetro que establece la retroalimentación del

PMI sólo para el modo de transmisión CLSM.

4.3. EJECUCIÓN DE LA SIMULACIÓN

El simulador a nivel de enlace, dispone del script ‘LTE_sim_batch_quick_test.m‘

que da una visión general de cómo utilizar el simulador a nivel de enlace LTE. Se trata

de una prueba simple que compara varios modos de transmisión de LTE. En este script,

vienen ya definidos una serie de parámetros como son, el modo de simulación (normal

o paralelo), el número de subtramas, el tipo de canal, el número total de CQIs a simular,

los modos de transmisión del simulador, el número de antenas transmisoras y de antenas

receptoras…

Además del citado script, también se puede ejecutar el script denominado

‘LTE_sim_batch’. Tanto un script como otro, implican ejecutar de forma secuencial

una serie de órdenes, las cuales van llamando a varias funciones descritas en el

simulador.

El funcionamiento de ambos script se puede definir en los siguientes pasos. En

primer lugar, se debe de elegir el tipo de simulación que se quiere realizar. Para ello, se

configura la variable ‘Simulation_type’ con una de las diferentes opciones mostradas

en la Figura 4.1, las cuales hacen referencia a los archivos situados en la carpeta

‘+simulation_config’.

Figura 4.1. Tipos de simulación disponibles en el simulador a nivel de enlace.

Una vez se haya elegido el tipo de simulación que se quiere realizar, se cargan los

parámetros de simulación pertenecientes al fichero elegido mediante la variable

‘Simulation_type’, a través de la función ‘LTE_load_parameters’, la cual mediante un

‘case’ carga los parámetros de simulación por defecto correspondientes al tipo de

simulación elegida y configura una serie de parámetros. Una vez han sido cargados los



parámetros de simulación, se llama al script ‘LTE_sim_main’, en el que se realiza todo

el proceso de simulación. Este script, creará un código para generar los ficheros de

salida mediante la llamada a la función ‘LTE_common_generate_output_filename’,

cuyo nombre de fichero se puede modificar y cuyo resultado se guardará en la carpeta

‘+results’ del simulador, para posteriormente ser visualizado gráficamente.

Figura 4.2. Llamada al script LTE_sim_main y llamada a la función que genera los

resultados para ser representados gráficamente.

A continuación, se muestra el procedimiento llevado a cabo por el simulador para la

obtención de los resultados, indicando las diferentes funciones, scripts, utilizadas y

mostrando los resultados obtenidos paso a paso.

4.4. CARGAR LOS PARÁMETROS DE SIMULACIÓN

Dependiendo del tipo de simulación que se haya seleccionado previamente, se

aplicará una configuración u otra cargando los parámetros de simulación definidos por

defecto en el fichero correspondiente, situado en la carpeta ‘+simulation_config’, al tipo

de simulación seleccionada, ver Figura 4.3. Si no se ha seleccionado ningún tipo de

simulación o el nombre que se ha introducido es incorrecto, inmediatamente el

simulador envía un mensaje al usuario avisando de este error.

Figura 4.3. Aplicar los parámetros de simulación correspondientes a cada tipo de

simulación.

Como se mencionó previamente, hay parámetros que ya vienen con valores

asignados por defecto. A continuación, se muestran algunos de los parámetros que se

pueden configurar dentro de la función ‘LTE_load_parameters’.



Figura 4.4. Parámetros modificables en la función ‘LTE_load_parameters’.

Dentro de los posibles parámetros de simulación que se pueden modificar, se

encuentra el parámetro ‘simulation_type’, no confundir con ‘Simulation_type’, que

puede ser configurado como ‘normal’ o como ‘parallel’. Se recomienda utilizar la

opción ‘parallel’ ya que mediante esta opción el tiempo de simulación es bastante

inferior, ya que utiliza los diferentes núcleos que tenga el ordenador.

Una vez se han cargado los parámetros de simulación a través de la función

‘LTE_load_parameters’, esta función a su vez llama a las funciones

‘LTE_load_parameters_dependent’, ‘LTE_load_parameters_generate_elements’, y

‘LTE_check_parameters’, las cuáles cargarán y calcularán otros parámetros que

dependen de los que ya se han definido previamente mediante la función

‘LTE_load_parameters’.

4.4.1. Función ‘LTE_load_parameters_dependent’

Mediante esta función, se comprueba que la versión de Matlab empleada es

compatible con el simulador y comprueba si algunos parámetros de simulación han sido

definidos mediante la función ‘isfield’ de Matlab. Además, se definen los parámetros

característicos de la estructura de la trama, como el número de símbolos OFDM

transmitidos en cada trama, la duración de cada trama y subtrama y el número de

bloques de recursos disponibles dependiendo del ancho de banda elegido.

Con esta función, se definen las características que componen cada CQI, es decir, el

tipo de modulación, el orden de la modulación, la tasa de codificación, la eficiencia y el

valor teórico de la SNR por la fórmula de Shannon.



Por último, esta función crea el modelo del canal radio asignado al UE, asignando

el tipo del modelo, el filtrado que emplea, el método de interpolación (que determina

cada una de las variables en las distintas formas que se pueden dar y como afectan al

resultado), el número de transmisores y receptores, los coeficientes de correlación tanto

del transmisor como del receptor y el tiempo de correlación.

Figura 4.5. Parámetros asignados para crear el canal radio.

4.4.2. Función ‘LTE_load_parameters_generate_elements’

A continuación y tras haber cargado y calculado todos los parámetros necesarios

para la simulación, se llama a la función ‘LTE_load_parameters_generate_elements.m’

que se encargara de generar los elementos a partir de los parámetros anteriores.

Los elementos a generar son:

- Los equipos de usuario, UE, en los que se asigna a cada uno de ellos el modelo

de tráfico.

- Las estaciones base en las que se toma como primera suposición que todas ella

tienen las mismas capacidades (mismos elementos de red, mismos procesos

HARQ y el mismo número de retransmisiones HARQ).

- Las señales de referencia, RS, para las diferentes subtramas así como las señales

necesarias para la sincronización. Las señales de referencia en LTE, ocupan seis

bloques de recursos y permiten al simulador evaluar el canal además de

identificar los puertos de antena.

- La matriz de autocorrelación del canal la cual se asigna al tipo de canal que ha

sido seleccionado previamente (AWGN, Flat Rayleigh, Pedestrian, Vehicular,

RA, TU, HT, Winner).



- Los parámetros de programación, ‘scheduler_parameters’, los cuales se

inicializan, se les determina un tipo (round robin, best cqi, proportional fair) y

una asignación (estática o dinámica).

- La planificación/programación de usuarios, conocida también como

“scheduling”. Hay tres tipos de scheduling:

Best cqi.

Round robin.

Proportional fair.

4.4.3. Función ‘LTE_check_parameters’

Mediante esta función, se comprueba la consistencia de los parámetros que se han

creado o configurado previamente mediante la función ‘isfield’ de matlab. Si hay algún

parámetro mal introducido o si los valores introducidos son ilógicos se muestra un

mensaje de error.

Los mensajes de error que se pueden obtener a través de esta función son debidos a:

- Si el espaciado entre subportadoras es distinto a 15 Khz.

- Si el número máximo de retransmisiones HARQ es mayor que tres o menor que

cero.

- Si el valor para los procesos HARQ es mayor que ocho.

- Si el modo de transmisión elegido es el 4, CLSM, un modo no soportado por

este simulador, o el utilizar otro modo distinto, diferente del modo 1, con una

sola antena transmisora.

- Si el número de antenas transmisoras no corresponde con los datos del número

de transmisores de la estación base.

- Si al elegir el tipo de programación y el modo de transmisión estos no son

compatibles.

- Si se emplean múltiples eNodeBs teniendo el ordenador trabajando en modo

paralelo.

4.5. FUNCIÓN PRINCIPAL, SCRIPT LTE_SIM_MAIN

Mediante este script se realizar todo el proceso de la simulación, comprobando en

primer lugar el modo en el que el ordenador va a trabajar, es decir, si utiliza el modo se

simulación normal o paralelo.

La simulación en paralelo se ha convertido en el paradigma dominante hoy en día

en la arquitectura de los ordenadores, aunque tiene un gran inconveniente que es el



abundante consumo de energía que emplea. Las simulaciones en paralelo se pueden

clasificar según el nivel de paralelismo que admita su hardware:

- Los ordenadores multinúcleo y multiproceso, que están compuestos de varios

elementos de procesamiento dentro del ordenador.

- Los clústers, que emplean varios ordenadores a la vez para trabajar en la misma

tarea.

En las simulaciones en modo normal, se utiliza un algoritmo que implementa un

flujo de instrucciones en serie, las cuales se ejecutan en la unidad central del procesador

del ordenador y en el momento en el que se termine una instrucción se pasa a ejecutar la

siguiente. Por el contrario, si se trabaja con la simulación en modo paralelo, se emplean

elementos de procesado múltiples, dividiendo la simulación en partes independientes,

de tal manera, que cada elemento de procesamiento ejecuta su parte del algoritmo a la

misma vez que los demás.

Es conveniente elegir el modo de trabajo en paralelo, ya que trabajando en este

modo, se consigue una mayor rapidez a la hora de realizar las operaciones, suponiendo

una ventaja importante frente al modo de trabajo normal. Sin embargo, se ha de tener en

cuenta, que si se trabaja mediante el modo en paralelo, el ordenador trabajará al límite

de su capacidad y por ello no conviene simular durante mucho tiempo, porque puede

acarrear fallos en el mecanismo de refrigeración o incluso dañar el propio ordenador.

Para el funcionamiento de este simulador, se recomienda trabajar en modo paralelo,

aunque también se puede realizar la simulación en modo normal, con el inconveniente

del que tiempo de simulación es mucho mayor. El parámetro de simulación que

especifica un modo u otro de simulación es el ‘LTE_params.simulation_type’.

Una vez se han analizado las ventajas e inconvenientes entre realizar una

simulación en modo normal o modo paralelo, y haber seleccionado uno de los dos

modos, el script comprueba cuál ha sido el modo de simulación seleccionado, para de

esta manera, utilizar una función u otra para la realización de la simulación, ver Figura

4.6.

Figura 4.6. Modos de simulación permitidos.

Como se observa en la Figura 4.6, en el caso de realizar la simulación en modo

normal, se utilizará la función ‘LTE_sim_main_single’ y en el caso de realizar la



simulación en modo paralelo, se utilizará la función ‘LTE_sim_main_par’ para realizar

las respectivas simulaciones. Los códigos realizados en Matlab para ambos tipos de

simulación son prácticamente idénticos, con la diferencia de cómo se van ejecutando las

diferentes instrucciones.

4.5.1. Simulación en modo normal

En este tipo de simulaciones, las instrucciones se van ejecutando de una a una y

hasta que no haya finalizado una no se ejecuta la siguiente. La función encargada de

realizar todo este proceso es ‘LTE_sim_main_single.m’.

Primeramente, como se va a realizar todo el proceso de simulación de seguido, es

necesario el uso de un reloj que almacene el tiempo de la simulación, por ello, esta

función llama al fichero ‘clock’, situado en la carpeta ‘+network_elements’, que

almacenará el tiempo actual del TTI (Transmission Time Intervals), el tiempo que dura

cada TTI y por supuesto, el tiempo actual de la simulación. Este reloj, se fija a cada

elemento de la red, permitiendo al simulador identificar en cualquier momento en que

TTI se está trabajando.

Después, se comprueba la configuración que tiene el generador de ruido aleatorio,

asignado previamente en la función ‘LTE_load_parameters’, para posteriormente

inicializar el número de procesos de transmisión HARQ, resetear el número de

realizaciones del canal e iniciar el canal de enlace ascendente atribuyéndole el retraso

propio del enlace y el número de equipos de usuario que le corresponde.

Figura 4.7. Reseteo de las realizaciones del canal e inicialización del canal.

Posteriormente, calcula la estimación del canal. Esta versión del simulador, aplica

la técnica de estimación de canal de mínimo error cuadrático medio (MMSE).

Una vez se ha obtenido la estimación del canal y haber procesado cada una de las

subtramas, se pone a cero cada uno de los canales previos, ya que como es lógico no

serán útiles en la estimación de dicho canal.

Después, el reloj de red avanza por el siguiente TTI, recibiendo la alimentación de

la subtrama anterior y el ACK. En este punto el simulador pregunta si se trata o no de la

primera subtrama enviada, porque en caso de ser afirmativo, se ajusta el ACK,

corrigiéndolo para que el manejo HARQ genere nuevos datos y el simulador pueda

seguir con el proceso de ejecución. Si no es la primera subtrama enviada, se actualiza el



índice del proceso HARQ y se genera la matriz del canal, sin retrasos en el receptor y

teniendo en cuenta los efectos de planificación (el tiempo de correlación y el tipo de

filtrado).

A continuación, se genera la señal transmitida, a la par que se sigue trabajando con

la señal recibida, la cual se va demodulando y decodificando.

Por último, la función guarda el modelo de traza del canal para poder ser reutilizado

en una nueva simulación con el simulador y llama a las funciones

‘LTE_sim_result_plots’ y ‘LTE_sim_results_scheduler_plot’, que mostrarán los

resultados obtenidos de la simulación.

4.5.2. Simulación en modo paralelo.

En este tipo de simulaciones, las instrucciones se dividen en varias partes

independientes y se van ejecutando todas simultáneamente. La función encargada de

realizar todo este proceso es ‘LTE_sim_main_par.m’.

En primer lugar, se inicializan las variables empleadas por esta función, ver Figura

4.8.

Figura 4.8. Inicialización de las variables.

A continuación, a la variable ‘simulation_results’ le asigna el campo

‘SimulationResults’ de la estructura ‘results’, en la que serán guardados los resultados

de la simulación.

Posteriormente, el simulador crea unas variables temporales, generando una

estructura tanto para los UEs como para las células denominadas ‘UE_res’ y ‘cell_res’

respectivamente. Algunas de las variables que se generan son los mensajes ACKs, los

campos actualizados después de cada TTI, es decir, los bits error codificados y no

codificados, el rendimiento útil, los códigos bloques para los ACK, las palabras código

a emplear, el contador de tramas codificadas correctamente e incorrectamente, la

potencia de ruido y la potencia de la señal. A estas variables temporales, se les asignará

un valor posteriormente a través de un bucle ‘parfor’ de Matlab en el que se ejecutan

varias sentencias.



La simulación en modo paralelo, supone hacer trabajar al ordenador al máximo

rendimiento, es decir, utilizando todos los núcleos de procesamiento que estén

disponibles. Por ello, para poder continuar con la simulación, el simulador a nivel de

enlace requiere del uso de la función ‘matlabpool’ que dispone Matlab. “Matlabpool”

permite la total funcionalidad de las características del lenguaje de programación en

modo paralelo.

Figura 4.9. Utilización de la herramienta ‘matlabpool’ de Matlab.

Como en el caso de la simulación en modo normal, también es necesario del uso de

un reloj, fichero ‘clock.m’, que de la misma manera que en el modo normal, almacena

el tiempo actual del TTI, el tiempo que dura cada TTI y por supuesto, el tiempo actual

de la simulación.

A continuación, mediante la utilización del bucle ‘parfor’ mencionado

anteriormente, se realiza una serie de acciones para cada valor de SNR. El código

escrito dentro del bule ‘parfor’ es prácticamente el mismo al código escrito en la

simulación en modo normal.

En primer lugar, se resetean los generadores utilizados tanto para el canal, como el

ruido y los bits de datos transmitidos. A continuación, se crean e inicializan las

variables temporales mencionadas anteriormente.

Después, se resetea el número de realizaciones del canal, se inicia el canal

ascendente, atribuyéndole el retraso propio del enlace y el número de usuarios

temporales que le corresponde y se obtiene la estimación del canal. Una vez obtenida

dicha estimación y tras procesar cada una de las subtramas, se pone a cero cada una de

los canales previos, ya que no serán útiles en la estimación de dicho canal.

Al igual que en el modo normal, el reloj de la simulación ha de avanzar por el

siguiente TTI, recibir la alimentación de la subtrama anterior y el ACK. En este punto,

el simulador pregunta si se trata o no de la primera subtrama enviada, porque en caso de

ser afirmativo, se ajusta el ACK corrigiéndolo para que la retransmisión HARQ genere

nuevos datos y el simulador pueda seguir con el proceso de ejecución. Si no es la

primera subtrama enviada, se actualiza el índice del proceso HARQ y se genera la

matriz del canal, sin retrasos en el receptor y teniendo en cuenta los efectos de

planificación, el tiempo de correlación y el tipo de filtrado.



A continuación, se genera la señal transmitida, a la par que se sigue trabajando con

la señal recibida, la cual se va demodulando y decodificando.

Por último, se establece una variable de salida única. Esta variable recoge los

resultados temporales que se han obtenido en las iteraciones previas del bucle ‘parfor’.

Figura 4.10. Creación de la variable de resultados temporales.

Una vez haya finalizado el bucle ‘parfor’, se almacena los resultados temporales

obtenidos, y se ponen de nuevo a cero las variables temporales, por si se quiere hacer de

nuevo la simulación o comenzar una nueva simulación con una configuración distinta, y

finalmente, se llama a las funciones ‘LTE_sim_result_plots’ y

‘LTE_sim_results_scheduler_plots’, las cuáles muestran los resultados de la simulación

utilizando el modo paralelo.

Recordando que para utilizar este modo, modo paralelo, era necesario el uso de la

función de Matlab ‘matlabpool’, se ejecuta la secuencia <matlabpool ‘close’> para

desactivar esta función.

Figura 4.11. Desactivar función ‘matlabpool’ de Matlab.



4.6. RESULTADOS

En este apartado, se mostrarán los resultados que se obtienen al realizar una

simulación, mostrando las gráficas obtenidas para diferentes tipos de simulación.

Como se ha visto en el desarrollo del simulador, las funciones

‘LTE_sim_results_plots.m’ y ‘LTE_sim_results_scheduler_plot.m’ se encargan de

obtener los resultados obtenidos en la simulación, mediante la obtención de ficheros

.mat, los cuales son almacenados en la carpeta ‘results’ del simulador. Principalmente,

obtienen los datos mencionados a continuación:

- Relación entre la tasa de error de bit (BER) y la SNR.

- Relación entre la tasa de error de trama (FER) y la SNR. A nivel de red, la trama

es una estructura de datos que maneja el protocolo a nivel de enlace para enviar

un bloque de información .Esta información está estructurada en ramas y la FER

mide la tasa de error que se puede cometer en cada rama.

- Relación entre la capacidad de la célula, throughput y la SNR.

- Relación entre el throughput del usuario con respecto a la SNR.

Los ficheros .mat recogen toda la información que se ha obtenido de la simulación,

aunque cabe señalar que de todos estos resultados globales, el simulador únicamente

permite representar de forma gráfica, la relación entre el throughput y la BER con

respecto a la SNR. Para poder visualizar estos parámetros, se debe de ubicar los

nombres de los ficheros .mat en el script ‘plot_quick_test_results_r1089.m’. Además,

el simulador permite la opción de ver la relación entre la BLER con respecto a la SNR

para los diferentes valores de CQI a través del script

‘plot_reference_BLER_curves_r655.m’.

Figura 4.12. Asignar ficheros .mat al script ‘plot_quick_test_results_r1089.m’.



VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS

Antes de visualizar los resultados gráficos que se pueden obtener, es necesario

hacer un recordatorio de los parámetros más importantes del simulador:

- El ancho de banda: 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz son equivalentes a 6, 15, 25, 50,

75, 100 bloques de recursos respectivamente

- Los modos de transmisión: SISO (modo 1), TxD (modo 2), OLSM (modo 3,

MIMO 2x2 y MIMO 4x2)

- El número de antenas transmisoras y de antenas receptoras

- Los modelos del canal disponible: AWGN, Flat Rayleigh, los tap delay (PedA,

PedB, VehA, VehB), RA, TU, HT, Winner.

- Los indicadores de calidad del canal, CQI.

- Los algoritmos de planificación del usuario: round robin, best cqi.

- El uso o no de la técnica de transmisión HARQ y su número máximo de

retransmisiones: 0 (no HARQ) y 1, 2, 3 (si HARQ).

- La velocidad de movimiento del usuario (Km/h)

- El tamaño de la simulación: el número total de tramas a simular.

A continuación, se muestran las gráficas obtenidas, que relacionan el throughput y

la BLER con respecto a la SNR. Las gráficas que muestran la relación entre la BLER y

la SNR para los diferentes valores de CQI, son generadas para un modelo de canal radio

AWGN (Additive White Gaussian Noise).

GRÁFICAS BLER - SNR y THROUGHPUT – SNR

Para la obtención de estas gráficas, se tiene que ejecutar el script

‘plot_quick_test_results_r1089.m’. Para su obtención, se ha utilizado 5000 tramas para

realizar la simulación, un ancho de banda de 1.4 MHz, valor de CQI de 7 y un modelo

de canal PedB.

Figura 4.13. Relación BLER – SNR y Relación throughput – SNR. Sin retransmisiones

HARQ.

-10 -5 0 5 10 15 2010

-3

10-2

10-1

100

BLER, CQI 7, PedB, 5000 subframes, PedB, 0 re-tx

BLE

R

SNR [dB]

SISO

TxD 2x1

TxD 4x2

OLSM 4x2-10 -5 0 5 10 15 200

0.5

1

1.5

2

2.5throughput, CQI 7, PedB, 5000 subframes, PedB, 0 re-tx

thro

ughp

ut [

Mbp

s]

SNR [dB]

SISO

TxD 2x1

TxD 4x2

OLSM 4x2



Figura 4.14. Relación BLER–SNR y Relación throughput–SNR. Con

retransmisiones HARQ.

GRÁFICAS BLER – SNR PARA LOS DIFERENTES VALORES DE

CQI

Para la obtención de estas gráficas, se debe de ejecutar el script

‘plot_reference_BLER_curves_r655.m. Estas gráficas muestran la relación entre la

BLER y el throughput con respecto a la SNR para un modelo de canal AWGN.

Figura 4.15. Relación BLER – SNR para los diferentes valores de CQI.

-10 -5 0 5 10 15 2010

-3

10-2

10-1

100

BLER, CQI 7, PedB, 5000 subframes, PedB, 3 re-tx

BLE

R

SNR [dB]

SISO

TxD 2x1

TxD 4x2

OLSM 4x2

-10 -5 0 5 10 15 200

0.5

1

1.5

2

2.5throughput, CQI 7, PedB, 5000 subframes, PedB, 3 re-tx

thro

ughput

[Mbps]

SNR [dB]

SISO

TxD 2x1

TxD 4x2

OLSM 4x2

-20 -10 0 10 20 3010

-3

10-2

10-1

100

BLER, 1.4MHz, SISO AWGN, 5000 subframes

BLER

SNR [dB]

CQI 01

CQI 02

CQI 03

CQI 04

CQI 05

CQI 06

CQI 07

CQI 08

CQI 09

CQI 10

CQI 11

CQI 12

CQI 13

CQI 14

CQI 15



Figura 4.16. Relación throughput - SNR para los diferentes valores de CQI.

4.7. PRUEBAS REALIZADAS

Para comprobar el comportamiento del simulador, se ha realizado una simulación

con 10000 tramas de simulación y un ancho de banda de 1.4 MHz. En la tabla 4.1, se

observa los tiempos aproximados para los diferentes modos de transmisión.

Número de tramas Modo de transmisión Tiempo de simulación

10000 Modo 1 (SISO) 1 hora

10000 Modo 2 (TxD) 2 horas

10000 Modo 3 (MIMO) 4 horas

Tabla 4.1. Tiempo de simulación.

A continuación, se muestran las gráficas obtenidas, comparando las ventajas e

inconvenientes obtenidos con los diferentes modos de transmisión.

-20 -10 0 10 20 300

1

2

3

4

5

6throughput, 1.4MHz, SISO AWGN, 5000 subframes

thro

ughp

ut [M

bps]

SNR [dB]

CQI 01

CQI 02

CQI 03

CQI 04

CQI 05

CQI 06

CQI 07

CQI 08

CQI 09

CQI 10

CQI 11

CQI 12

CQI 13

CQI 14

CQI 15



Figura 4.17. Relación BLER-SNR y relación throughput-SNR. Para un CQI = 7 y

utilización de retransmisiones HARQ.

Observando la Figura 4.17, se comprueba como mediante la utilización de

transmisión por diversidad, se consigue disminuir la BLER, además de observar como

el throughput no aumenta con respecto al modo SISO para buenas condiciones del

canal.

Figura 4.18. Comparación entre la utilización de técnica HARQ y no HARQ para el

modo de transmisión SISO.

En la Figura 4.18, se observa como las curvas son similares para una SNR

superiores a 10 dB ya que a partir de este nivel de SNR, la condiciones del canal radio

-5 0 5 10 15 20 2510

-3

10-2

10-1

100

BLE

R

SNR [dB]

SISO HARQ

TxD 2x1 HARQ

MIMO 2x2 HARQ

-5 0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

2

2.5

3

thro

ughput

[Mbps]

SNR [dB]

SISO HARQ

TxD 2x1 HARQ

MIMO 2x2 HARQ

-5 0 5 10 15 20 2510

-3

10-2

10-1

100

BLE

R

SNR [dB]

SISO no HARQ

SISO HARQ

-5 0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

thro

ughput

[Mbps]

SNR [dB]

SISO no HARQ

SISO HARQ



son bastante favorables y es menos habitual recibir errores en la transmisión, por lo

tanto el efecto que provoca la técnica de retransmisión HARQ no es tan útil ya que el

empleo de códigos para la detección y corrección de errores es innecesario.

Si realizamos esta misma comparación para el modo de transmisión MIMO, se

observa como para SNR inferiores a 10 dB se necesita utilizar la técnica de

retransmisión HARQ.

Figura 4.19. Comparación entre la utilización de técnica HARQ y no HARQ para el

modo de transmisión MIMO.

-5 0 5 10 15 20 25

10-3

10-2

10-1

100

BLE

R

SNR [dB]

MIMO 2x2 no HARQ

MIMO 2x2 HARQ

MIMO 4x2 no HARQ

MIMO 4x2 HARQ

-5 0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

2

2.5

3

thro

ughput

[Mbps]

SNR [dB]

MIMO 2x2 no HARQ

MIMO 2x2 HARQ

MIMO 4x2 no HARQ

MIMO 4x2 HARQ


Simulador a nivel de sistema, System Level 62

CAPÍTULO 5

SIMULADOR A NIVEL DE

SISTEMA, SYSTEM LEVEL



5. SIMULADOR A NIVEL DE SISTEMA, SYSTEM

LEVEL

A continuación, se va a explicar el funcionamiento del simulador a nivel de sistema

desarrollado por “Institute of Communications and Radio - Frecuency Engineering de la

Universidad de Viena”. En este apartado del proyecto, se estudiará y analizará el

simulador para el enlace descendente, concretamente la versión v1.7r1119.

Para la utilización de este simulador, se recomienda utilizar la versión 2012 del

software Matlab.

El simulador descrito a continuación, mide las prestaciones de toda la red de acceso

radio y está enfocado a analizar los parámetros relacionados con dicha red: distribución

de usuarios por toda la zona de cobertura, utilización de scheduling, propagación

radioeléctrica (desvanecimientos lentos y rápidos), througphut para cada usuario y

promedio para todo el sistema y la eficiencia espectral.

5.1. CARACTERÍSTICAS DEL SIMULADOR

Para gestionar las características de la red a simular y así poder realizar diferentes

tipos de simulaciones (eNodeBs divididos en tres y seis sectores, red con

femtocélulas…), el simulador incluye una serie de ficheros situados en la carpeta

‘+simulation_config’ que especificarán las características de la red a simular, a partir

de unos parámetros de simulación.

Estos ficheros se pueden definir mediante dos bloques, ya que la mayoría de ellos

emplea un tipo de red denominada red ‘generated’, que es un tipo de red totalmente

modificable, es decir, permite configurar todos los parámetros de dicha red como

pueden ser: número de eNodeBs, modelo de propagación, entorno en el que se

desarrolla la simulación, distribución de los UEs… Mientras que el fichero denominado

‘capesso_pathlossmaps’ emplea un tipo de red denominada red ‘capesso’, que fue

introducida por los desarrolladores de los simuladores para realizar una comparación

con los datos obtenidos por los operadores de Viena, y de esta manera comparar

resultados. Los datos de la red ‘capesso’ vienen incluidos en el simulador mediante

unos archivos. txt que serán cargados en el simulador.

Los ficheros, los cuales pueden ser simulados, situados en la carpeta

‘+simulation_config’ son:

tri_sector: genera un tipo de red, en la que los eNodeBs están sectorizados

en tres sectores.

hex_grid_tilted: genera un tipo de red igual a la del caso anterior, pero los

eNodeBs utilizan otro tipo de antena.



hex_grid_tilted_with_femtocells: Añade femtocélulas a la red generada.

hex_grid_sixsectors: genera un tipo de red, en la que los eNodeBs están

sectorizados en seis sectores.

hex_grid_omnidirectional: genera un tipo de red en la cual los eNodeBs

utilizan una antena omnidireccional para la transmisión de la información, y

dichos eNodeBs no se encuentran sectorizados.

capesso_pathlossmaps: Utilizar para generar el tipo de red ‘capesso‘.

Como se ha mencionado anteriormente, estos ficheros están definidos a partir de

una serie de parámetros de simulación, los cuales atribuyen a cada fichero las

características pertinentes.

A continuación, se explican los diferentes parámetros de simulación que definen las

características de la red a simular.

5.2. PARÁMETROS DE SIMULACIÓN

Los parámetros de simulación que definen los ficheros característicos de las

simulaciones situados en la carpeta ‘+simulation_config’, están definidos de la siguiente

forma:

Parámetros de depuración: modo de salida de los parámetros.

Parámetros de representación: opción de representar gráficas.

Parámetros generales: frecuencia, ancho de banda, modo de tx…

Parámetros de opciones de guardado: permite la opción de guardar o no las

simulaciones realizadas para utilizarlas en ocasiones posteriores.

Parámetros del tipo de red: modelo de propagación, entorno, número de

eNodeBs…

Parámetros correspondientes a los desvanecimientos lentos: parámetros que

definen los desvanecimientos lentos.

Parámetros correspondientes a los desvanecimientos rápidos: tipo de canal

utilizado por los Ues.

Parámetros de configuración de los Ues: velocidad de los Ues, forma de

distribución de los usuarios, figura de ruido…

Parámetros de configuración de los eNodeBs: antena utilizada, ganancia

máxima…

Parámetros de configuración de los schedulers: tipo de scheduler utilizado.

Otro tipo de parámetros.



Figura 5.1. Ejemplo de configuración de los parámetros de simulación.

A continuación, se muestran los parámetros correspondientes a las opciones

indicadas anteriormente, con las distintitas opciones que pueden tomar estos

parámetros.

5.2.1. Parámetros de depuración

- LTE_config.debug_level: permite configurar el tipo de salida que tendrán los

datos. Opciones:

0: no muestra ningún tipo de salida.

1: salida normal.

2: salida extendida.

Se debe de utilizar la opción de ‘salida normal’ ya que con la opción de ‘salida

extendida’ se obtienen diferentes errores en algunos apartados de la simulación y con la

opción de ‘no hay salida’, no muestra nada.

5.2.2. Parámetros de representación

- LTE_config.show_network: este parámetro da la opción de mostrar las gráficas

obtenidas durante la simulación o no, es decir, permite que se vean las gráficas

del mapa de pérdidas, diagrama de radiación de la antena, desvanecimientos…

Las opciones disponibles son:

0: no muestra ninguna gráfica durante la simulación

1: muestra alguna imagen durante la simulación.

2: muestra todas las imágenes de la simulación.

3: además muestra las trazas de los desvanecimientos rápidos.



5.2.3. Parámetros generales

- LTE_config.frequency: frecuencia del sistema. En Hz.

- LTE_config.bandwidth: ancho de banda del sistema en Hz. Los valores

permitidos son 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz. Estos

anchos de banda son equivalentes a 6, 15, 25, 50, 75 y 100 bloques de recurso

respectivamente.

- LTE_config.nTX: número de antenas transmisoras.

- LTE_config.nRX: número de antenas receptoras.

- LTE_config.tx_mode: indica el modo de transmisión. Los modos de transmisión

utilizados en esta simulación están definidos en TS 36.213-820 Section 7.1. Las

opciones disponibles son:

1: single antenna.

2: Transmission Diversity (TxD).

3: Open Loop Spatial Multiplexing (OLSM). Spatial multiplexing with

Large Cyclic Delay Diversity (CDD).

4: Closed Loop Spatial Multiplexing (CLSM).

- LTE_config.always_on: permite elegir si los eNodeBs radian potencia

continuamente, provocando interferencias. Su valor por defecto es ‘true’. Si se

elige la opción de ‘false’ los enodesB no transmitirán potencia cuando los UEs

no estén activos.

- LTE_config.simulation_time_tti: indica la longitud de la simulación en

intervalos de tiempo denominados TTI.

5.2.4. Parámetros de opciones de guardado

- LTE_config.cache_network: permite guardar las características del tipo de red

generada mediante un archivo .mat. Estos archivos se guardan en la carpeta

+data_files -> network_caches. Las opciones disponibles son:

true: carga el archivo correspondiente. Si el archivo no se encuentra

creado ya que es la primera vez que se simula, se generará un nuevo

archivo.



false: no genera ningún documento del tipo de red simulada. Se

recomienda utilizar esta opción, ya que aunque se tarde más tiempo en

realizar la simulación debido a que siempre va a tener que realizar todos

los cálculos, pero se asegura que no va a cargar datos que no

corresponden con la simulación que se quiera realizar en un momento

determinado.

- LTE_config.network_cache: este parámetro es el encargado de asignar un

nombre al fichero en el cual se guarda la traza de la red generada, en el caso de

elegir esta opción. Se puede poner de tal manera que asigne un nombre

automático mediante la opción ‘auto’. El nombre obtenido mediante esta opción

será del tipo network_1_rings_5m_res_TS25814_2.00GHz_freq.mat

- LTE_config.delete_ff_trace_at_end: permite eliminar las trazas de los

desvanecimientos rápidos, desvanecimientos en pequeña escala, mediante la

opción true ya que ocupan demasiado espacio.

- LTE_config.delete_pathloss_at_end: permite eliminar las trazas de las pérdidas

del trayecto ya que al igual que en el caso anterior, ocupan demasiado espacio.

- LTE_config.UE_cache permite guardar las características de os datos sobre los

UEs generados. Estos archivos se guardan en la carpeta +data_files ->

UE_caches. Esta dirección se puede cambiar configurando los parámetros

indicados anteriormente en la función ‘LTE_load_params_dependannt’, con el

nombre asignado mediante el parámetro ‘LTE_config.UE_cache_file’. Las

opciones disponibles son:

true: carga el archivo correspondiente. Si el archivo no se encuentra

creado ya que es la primera vez que se simula, se generará un nuevo

archivo.

false: no genera ningún documento sobre los UEs generados. Se

recomienda utilizar esta opción, ya que aunque se tarde más tiempo en

realizar la simulación debido a que siempre va a tener que realizar todos

los cálculos, pero se asegura que no va a cargar datos que no

corresponden con la simulación que se quiera realizar en un momento

determinado.

- LTE_config.UE_cache_file: este parámetro es el encargado de asignar un

nombre al fichero en el cual se guarda los datos sobre los UEs generados, en el

caso de elegir esta opción. Se puede poner de tal manera que asigne un nombre

automático mediante la opción ‘auto’. El nombre obtenido será del tipo

UE_cache_1rings_target_sector_only_20UEs_sector_20100301_114247.ma



- LTE_config.results_folder: ubicación donde se quieren guardar los resultados

obtenidos.

- LTE_config.results_file: nombre del archivo resultante. Si se elige la opción

‘auto’ el simulador asignará un nombre por defecto.

5.2.5. Parámetros de tipo de red

- LTE_config.network_source: mediante este parámetro se especifica el tipo de

red que se quiere simular. Como se ha mencionado anteriormente se dispone de

dos opciones sobre que tipo de red simular:

Generated: este tipo de red se creara una rejilla hexagonal con eNodeBs

equiespaciados.

Capesso: este tipo de red esta generada a partir de la herramienta

capesso. En este tipo de red se puede leer la configuración y posición del

eNodeB, así como las pérdidas producidas en el recorrido. En este tipo

de red no se generan los desvanecimientos Shadow, ya que ya vienen

incluidos en las pérdidas del trayecto. Esta red utiliza datos reales, los

cuáles han sido obtenidos por parte de los diseñadores gracias a las

diferentes operadoras de Viena.

- LTE_config.network_geometry: Indica la forma de generar el tipo de red,

siempre y cuando se haya elegido el tipo de red ‘generated’. Este parámetro

siempre debe de estar configurado con la opción ‘regular_hexagonal_grid’ para

que la posición de las estaciones bases sigan un modelo de rejilla hexagonal.

Para este tipo de red se definen los siguientes parámetros:

A continuación se especifican los parámetros correspondientes a cada una de estas

redes.

Parametros red generada

- LTE_config.inter_eNodeB_distance: indica la distancia entre los eNodeBs en

metros.

- LTE_config.nr_eNodeB_rings: número de anillos utilizados. No utilizar más de

dos anillos, ya que si no se apreciarían los resultados. Este parámetro especifica

el número de estaciones base.

- LTE_config.map_resolution: indica la resolución utilizada para crear el mapa de

pérdidas en metros/pixel.



- LTE_config.minimum_coupling_loss: indica las pérdidas mínimas entre el

eNodeB y el UE, incluyendo las pérdidas en los conectores de las antenas y las

ganancias de éstas, siendo la ganancia de los UEs de 0 dB. Los valores

recomendados son de 70 dB para zonas urbanas y de 80 dB para zonas rurales.

- LTE_config.macroscopic_pathloss_model: este parámetro indica el modelo de

pérdidas utilizado. Los parámetros correspondientes al escenario de propagación

se podrán modificar en el archivo correspondiente al modelo de propagación

empleado situado en la carpeta ‘+macroscopic_pathloss_models’. Las opciones

disponibles son:

free space. Aplicar si únicamente se obtienen perdidas por espacio libre

cost231. Modelo cost231.

TS36942: modelo de propagación definido en el 3GPP.

TS25814: modelo de propagación defnido en el 3GPP. Este tipo de

modelo de proapagación se puede aplicar para cualquier tipo de entorno,

siempre y cuando la frecuncia del sistema sea 900 MHz o 2 GHz.

Cada modelo de propagación, permite elegir diferentes tipos de escenarios.

Estos escenarios son definidos mediante el siguiente parámetro.

- LTE_config.macroscopic_pathloss_model_settings.environment: las opciones

disponibles son:

urban_macro: Utiliza el modelo de propagación cost231 Okumura –

Hata. Para este tipo de entornos añade un valor de 3 dB.

suburban_macro: Utiliza el modelo de propagación cost231 Okumura –

Hata.

urban: Utiliza el modelo de propagación TS36942.

rural: Utiliza el modelo de propagación TS36942.

- LTE_config.eNodeB_tx_power: este parámetro permite especificar la potencia

transmitida por los eNodeBs en vatios. Los valores recomendados por el

TR36814 son:

43 dBm para una portadora comprendida entre 1.25 y 5 MHz.

46 o 49 dBm para una portadora comprendida entre 5 y 20 MHz.

- LTE_config.sector_azimuths: este parámetro indica el azimut de cada uno de los

sectores que forman el eNodeB. El número de sectores por eNodeB depende de

la longitud de este parámetro.



Parámetros opcionales para este tipo de red.

- LTE_config.additional_penetration_loss: permite añadir pérdidas adicionales.

Las opciones disponibles son true y false. A continuación se debe de especificar

el entorno por el cual se añaden este tipo de pérdidas, ya que dependiendo del

entorno se aplicara un valor u otro de las pérdidas.

deep indor : 23 dB interior profundo

indoor: 17 dB interior

incar: 7 dB en coche

outdoor: 0 dB exterior

Además para este tipo de red, se da la posibilidad de añadir femtocélulas, mediante

el siguiente parámetro

- LTE_config.add_femtocells: permite la opción de añadir femtocélulas. LAS

opciones disponibles son true y false.

Parametros red capesso

- LTE_config.map_resolution: indica la resolución utilizada para crear el mapa de

pérdidas en metros/pixel.

- LTE_config.manually_set_ROI: permite especificar las dimensiones

correspondientes a la región de interés (ROI). Su valor por defecto es false. Si se

activa este parámetro hay que añadir los siguientes dos parámetros para

especificar las dimensiones de la ROI tanto para el eje x como el eje y. Los

parámetros son:

LTE_config.roi_x: [pos1 pos2]; para configurar el eje x.

LTE_config.roi_y: [pos1 pos2]; para configurar el eje y.

Se recomienda no activar este parámetro, ya que si no se configuran de forma

adecuada tanto el eje x como el eje y no van a funcionar, ya que este tipo de

simulación utiliza una configuración en la cual ya están asignados la posición de

los eNodeB y al calcular los UEs se obtienen errores.

- LTE_config.macroscopic_pathloss_model: este tipo de red no utiliza ningún

modelo de propagación, porque las pérdidas ya vienen definidas, únicamente se



deben de cargar, por lo tanto este parámetro se debe de dejar con la siguiente

opción: ‘ ‘.

- LTE_config.macroscopic_pathloss_model_settings.environment: con este

parámetro ocurre lo mismo que con el parámetro anterior.

A continuación, se mencionan una serie de parámetros que no se deben de

modificar, ya que incluyen nombres de ficheros que configuran la red utilizada, ya que

este tipo de red ha sido generada mediante unos parámetros obtenidos por los

diseñadores del simulador a través de los operadores de su ciudad, Viena, para concretar

resultados.

- LTE_config.capesso_params.planning_tool: indica la herramienta utilizada.

Este parámetro no se debe de cambiar, debe de estar con la opción ‘capesso’.

- LTE_config.capesso_params.pathloss_data_folder: este parámetro indica la

carpeta donde se encuentran ubicados los archivos .LOS y .PAR

correspondientes a las pérdidas del trayecto, para posteriormente utilizarlas.

- LTE_config.capesso_params.dtm_folder: este parámetro indica la carpeta donde

se encuentra los archivos correspondientes al mapa empleado.

- LTE_config.capesso_params.dtm_file_name: en este parámetro se debe de

especificar el nombre del archivo de extensión .bil que contiene el mapa

empleado. Este archivo contiene la imagen del mapa empleado.

- LTE_config.capesso_params.dtm_hdr_file_name: se especifica el nombre del

archivo del archivo de extensión .hdr que contiene las características del mapa

en cuanto a las dimensiones.

- LTE_config.capesso_params.kathrein_antenna_folder: muestra la carpeta donde

se encuentran los datos correspondientes al tipo de antena empleada para esta

red.

- LTE_config.capesso_params.cell_atoll_filename: este parámetro indica el

nombre de un archivo .txt situado en data_files -> CapessoExample -> pathloss

llamado exampleCluster_Cell.txt, en el cual se definen las células utilizadas, es

decir, los diferentes sectores, potencia transmitida por cada uno de ellos…

- LTE_config.capesso_params.site_atoll_filename: este parámetro indica el

nombre de un archivo .txt situado en data_files -> CapessoExample -> pathloss

llamado exampleCluster_Sites.txt, en el cual se definen la posición de cada uno

de los eNodeBs empleados.



- LTE_config.capesso_params.transmitter_atoll_filename: este parámetro indica

el nombre de un archivo .txt situado en data_files -> CapessoExample ->

pathloss llamado exampleCluster_Transmitter.txt, en el cual se definen define

las características de las antenas de los respectivos eNodeB creados

anteriormente.

- LTE_config.capesso_params.rx_height: indica la altura del UE con respecto al

suelo en metros.

- LTE_config.capesso_params.plot_antenna_gain_patterns: permite representar el

diagrama de radiación de la antena: Las opciones disponibles son:

1: representa el diagrama de radiación.

0: no representa el diagrama de radiación.

- LTE_config.capesso_params.enable_debug_plotting: permite representar

gráficas adicionales, ya que si se active esta opción representa en graficas

adicionales cada una del mapa de pérdidas de los eNodeBs, como la silueta del

mapa utilizado. Las opciones disponibles son true y false.

5.2.6. Parámetros correspondientes a los desvanecimientos lentos

Los desvanecimientos lentos, únicamente se generan en los ficheros

correspondientes al tipo de red ‘generated’. Los parámetros definidos para poder

calcular estos desvanecimientos son:

- LTE_config.shadow_fading_type: mediante este parámetro se activa y desactiva

la opción de estos desvanecimientos. Las opciones disponibles son:

claussen: se debe de elegir esta opción para calcular los

desvanecimientos lentos.

none: en el caso de la red capesso, se debe de elegir esta opción para

que no se calculen dichos desvanecimientos.

- LTE_config.shadow_fading_map_resolution: resolución del mapa de pérdidas,

para las pérdidas provocadas por los desvanecimientos lentos. Medido en

metros/pixel.

- LTE_config.shadow_fading_n_neighbors: especifica el número de eNodeBs

vecinos, mediante un algoritmo, teniendo en cuenta la correlación en el espacio

del mapa de desvanecimientos Shadow. Las opciones posibles son 4 y 8

- LTE_config.shadow_fading_mean: desviación media (µ) de la distribución

lognormal



- LTE_config.shadow_fading_sd: desviación (σ) estándar de la distribución

lognormal. Se recomienda una distribución estándar de 10 dB [TR36942].

- LTE_config.r_eNodeBs: correlación de desvanecimientos Shadow entre sitios.

Se recomienda utilizar un valor de 0.5. La correlación entre sectores en un sitio

está fijado a 1.

5.2.7. Parámetros correspondientes a los desvanecimientos rápidos

A continuación, se definen los parámetros necesarios para obtener el modelo de

canal (desvanecimientos rápidos) de los UEs. Para ello se definen los siguientes

parámetros.

- LTE_config.channel_model.type: indica el modelo de canal empleado por los

UEs. Las opciones disponibles son: PedA, PedB, VehA, VehB, extPedB, TU,

RA, HT, winner+. La mayoría de estos canales son recomendados por la ITU-R

M.1225. En cambio el modelo de canal ‘winner+’ es empleado en el software

Matlab y permite realizar simulaciones sobre comunicaciones inalámbricas en

diferentes tipos de escenarios.

- LTE_config.channel_model.trace_length: indica la longitud del canal en

segundos. Cuidado con el tamaño seleccionado ya que será cargado en la

memoria.

- LTE_config.channel_model.correlated_fading: active o desactiva la correlación

del canal. Mantenerlo activado mediante la opción true.

- LTE_config.pregenerated_ff_file: especifica donde se guarda la traza del canal.

Si se le asigna la opción ‘auto’, la traza se guardará en el siguiente destino:

data_files\ channel_traces.

- LTE_config.recalculate_fast_fading: genera la traza del canal incluso si ya ha

sido generada en anteriores ocasiones. Se recomienda no utilizar esta opción

para de esta manera obtener un tiempo inferior en la simulación. Las opciones

disponibles son false y true.

5.2.8. Parámetros de configuración de los ues.

- LTE_config.UE.receiver_noise_figure: indica el valor de la figura de ruido

correspondiente a los UEs. Se recomienda un valor de 9 dB.



- LTE_config.UE.thermal_noise_density: indica la densidad del ruido térmico en

dBm/Hz. Un valor típico es de -174 dBm/Hz.

- LTE_config.UE_distribution: distribución de los UEs sobre la ROI. Algunas de

las opciones disponibles son:

constant UEs per cell: esta distribución permite establecer un número

determinado de UEs por célula o sector mediante el parámetro

LTE_config.UE_per_eNodeB, situado en el fichero de configuración.

traffic map: este tipo de distribución carga un mapa de tráfico guardado en

el simulador. Este tipo de mapa es utilizado en la red Capesso (explicada en

el apartado, cálculo de la red a simular). El mapa se encuentra en la carpeta

data_files -> CapessoExample -> trafficmaps.

- LTE_config.UE_per_eNodeB: indica el número de Ues por sector en caso de

elegir la configuración ‘ constant Ues per cell’.

- LTE_config.UE_speed: indica la velocidad de los UEs en m/s.

- LTE_config.UE.antenna_gain: ganancia de la antena del UE. Este valor se debe

de dejar en 0 dB. Su valor por defecto es 0 dB.

5.2.9. Parámetros de configuración de los eNodeBs

- LTE_config.antenna_gain_pattern: permite elegir el tipo de antena utilizad. Esta

sección no se aplica para la red ‘Capesso’. Las opciones disponibles son:

berger: A (θ) = - min [ 12 *

, 20 dB] , -180 ≤ θ ≤ 180.

TS 36.942: A (θ) = - min [ 12 *

, 20 dB] , -180 ≤ θ ≤ 180.

Omnidirectional : A (θ) = 0

six-sector: A (θ) = - min [ 12 *

, 23 dB] , -180 ≤ θ ≤ 180.

kathreinTSAntenna: Kathrein se trata de un fabricante de antenas, las

cuales utilizan patrones de radiación en 3D. Este tipo de antena tiene un

ancho de haz muy pequeño, típico de seis sectores.

Se deben de configurar una serie de parámetros:

o LTE_config.site_altiude: altitud del terreno en metros.

o LTE_config.site_height: altura de la estación base en metros.

o LTE_config.rx_height: altura del receptor, UE, en metros.



o LTE_config.antenna.mechanical_downtilt: inclinación mecánica de

la antena hacia abajo (downtilt) en grados.

o LTE_config.antenna.electrical_downtilt: inclinación eléctrica de la

antena hacia abajo en grados.

o LTE_config.antenna.kathrein_antenna_folder: ubicación donde se

encuentran los ficheros relacionados con la antena.

o LTE_config.antenna.antenna_type: tipo de antena utilizada. Este

simulador únicamente recoge los tipos de antenas denominados

‘742212’ y ‘742215’.

o LTE_config.antenna.frequency: frecuencia en MHZ a la cuál debe

de funcionar la antena.

- LTE_config.antenna.max_antenna_gain: ganancia de la antena en dB. Los

valores recomendados son:

15 dB: zona rural a una frecuencia de 900 MHz y zona urbana a 2 GHz.

12 dB: zona urbana a 900 MHz.

5.2.10. Parámetros de configuración de los schedulers

- LTE_config.scheduler: indica el tipo de scheduler utilizado. Las opciones

disponibles son: round robin, best cqi, prop fair Sun.

5.2.11. Otros parámetros

- LTE_config.feedback_channel_delay: indica el retraso del canal ascendente en

TTIs.

- LTE_config.SINR_averaging.algorithm: especifica el algoritmo utilizado para

calcular el promedio de la SINR. En este simulador únicamente se incluye el

algoritmo ‘MIESM’.

- LTE_config.keep_UEs_still: este parámetro permite cambiar de eNodeB los

UEs que se encuentren fuera de la ROI. Su valor por defecto es false, si no se

quiere que se cambien los UEs de eNodeBs se debe de situar en true.



5.3. EJECUCIÓN DE LA SIMULACIÓN

Para ejecutar una simulación, únicamente se debe de configurar y ejecutar el script

‘LTE_sim_main_launcher_examples’, que se trata de un fichero batch, el cuál va

llamando a una serie de funciones que intervienen en la simulación. En este script, se

definen una serie de parámetros de simulación, para de esta manera poder modificarlos,

sin tener que ir a la carpeta ‘+simulation_config’, donde se encuentran todos estos

archivos.

En primer lugar, se debe de elegir el tipo de simulación que se quiere realizar. Para

ello, se configura la variable ‘simulation_type’ con una de las diferentes opciones

mostradas en la Figura 5.2, las cuales hacen referencia a los archivos situados en la

carpeta ‘+simulation_config’.

Figura 5.2. Tipos de simulación.

Una vez se haya elegido el tipo de simulación que se quiere realizar, se cargan los

parámetros de simulación pertenecientes al fichero elegido, mediante la variable

‘simulation_type’, a través de la función ‘LTE_load_params’, la cual mediante un

‘case’ carga los parámetros de simulación correspondientes.

A continuación, se da la opción de variar algunos de estos parámetros, ver Figura

5.3, como el modelo de canal empleado, distribución y velocidad de los UEs, modo de

Tx…

Figura 5.3. Parámetros de simulación y llamada a la función LTE_sim_main.



Una vez han sido configurados y cargados todos los parámetros de simulación, se

llama al script ‘LTE_sim_main’, que es la función encargada de realizar toda la

ejecución correspondiente a la simulación, a través de los parámetros de simulación,

mediante llamadas a diferentes scripts. Las características llevadas a cabo en este script

son:

Comprueba que todos los parámetros de simulación han sido definidos

correctamente y en caso contrario les asigna un valor por defecto. Para ello,

llama a la función ‘LTE_load_params_dependant’.

Muestra la relación existente entre la BLER (Block Error Rate) y la SNR

(Signal to noise ratio) para cada uno de los diferentes valores de CQI

(Channel Quality Indicator), mediante la función

‘LTE_init_load_BLER_curves’.

Genera el tipo de red utiliza (generated o capesso), eNodeBs, pathloss,

desvanecimientos lentos, capacidad de la célula…, mediante la función

‘LTE_init_network_generation’.

Crea los UEs y el scheduler empleado a través de la función

‘LTE_init_generate_users_and_add_schedulers’.

Genera el modelo de canal de radio empleado (desvanecimientos rápidos) a

través de la función ‘LTE_init_get_microscale_fading_SL_trace’.

Asignación de los recursos radio a los UEs.

Por último, los resultados obtenidos en la simulación son aplicados a dos funciones

GUI definidas en el simulador ‘LTE_GUI_show_aggregate_results’ y

‘LTE_GUI_show_UEs_and_cells’, ver Figura 5.4, y así poder obtener los resultados

obtenidos.

Figura 5.4. Llamada a las funciones GUI definidas en el simulador.

A continuación, se muestra el procedimiento llevado a cabo por el simulador para la

realización de la simulación, indicando las diferentes funciones utilizadas y mostrando

los resultados obtenidos paso a paso.



5.4. CARGAR LOS PARÁMETROS DE SIMULACIÓN

Como se ha mencionado anteriormente, en primer lugar, se cargan los parámetros

de simulación definidos en el fichero de simulación correspondiente, situado en la

carpeta ‘+simulation_config’, mediante la función denominada ‘LTE_load_params’.

Esta función, define un tipo de simulación por defecto, ‘tri_sector_tilted’, por si se

ha producido algún error en la elección de la simulación.

A continuación, aplica los parámetros de simulación configurados anteriormente en

una estructura denominada ‘LTE_config’, mediante la utilización de un ‘case’, ya que

dependiendo del tipo de simulación elegida, aplica los parámetros de simulación de uno

u otro fichero de simulación. Estos parámetros son asignados al script ‘LTE_sim_main’.

Figura 5.5. Función LTE_load_params.

COMPROBACIÓN DE PARAMETROS DE SIMULACIÓN.

Una vez han sido cargados los parámetros de simulación, el script ‘LTE_sim_main’

se encarga en primer lugar de comprobar que todos los parámetros de simulación han

sido definidos correctamente, mediante la función ‘LTE_load_params_dependant’, y en

caso contrario asignarles un valor por defecto. Para comprobar si ha sido definido el

parámetro de simulación utiliza la función ‘isfield’ de Matlab, ver Figura 5.6.

Figura 5.6. Comprobación de parámetros de simulación.



Además, se definen los parámetros característicos de la estructura de la trama como

se indica en la Figura 5.7.

Figura 5.7. Parámetros sobre la estructura de la trama.

5.5. FUNCIÓN PRINCIPAL, LTE_SIM_MAIN

Mediante este script, se realiza todo el proceso de la simulación, a través de

llamadas a diferentes funciones o scripts.

A continuación, se muestra las diferentes funciones realizadas por la función

principal del simulador.

5.5.1. Gráficas CQI

En primer lugar, muestra la relación obtenida entre la BLER y la SNR para los

diferentes valores de CQI, en un modelo de canal radio AWGN. Estas gráficas, son

obtenidas mediante la llamada a la función ‘LTE_init_load_BLER_curves’. Mostrando,

en primer lugar, la relación SNR-BLER obtenida para cada uno de los CQI y

posteriormente particulariza la BLER al 10 % y muestra los valores de SNR obtenidas

por cada CQI, ver Figura 5.8.

Figura 5.8. . Relación BLER-SNR para los diferentes valores de CQI.

-10 -5 0 5 10 15 20 2510

-3

10-2

10-1

100

SNR [dB]

BLE

R

LTE BLER for CQIs 1 to 15

CQI 1

CQI 2

CQI 3

CQI 4

CQI 5

CQI 6

CQI 7

CQI 8

CQI 9

CQI 10

CQI 11

CQI 12

CQI 13

CQI 14

CQI 15 -20 -10 0 10 20 30

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16SNR-CQI measured mapping (10% BLER)

SNR [dB]

CQI

-20 -10 0 10 20 30

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16SNR-CQI mapping model

SNR [dB]

CQI



5.5.2. Generar red a simular

A continuación, se genera el tipo de red a simular (generated o capesso), calculando

los eNodeBs, pathloss, desvanecimientos lentos y capacidad de los sectores que

conforman los eNodeBs.

Las características para el diseño de cada tipo de red, se encuentra en ficheros

situados en la carpeta ‘+network_generation’, los cuales son llamados mediante la

función ‘LTE_init_network_generation’.

Los ficheros definidos en la carpeta ‘+network_generation que serán utilizados por el

simulador son:

capesso_network: para definir la red ‘capesso’.

generated_network: para definir la red tipo ‘generated’.

add_femtocells: para añadir femtocélulas a la red diseñada. Este tipo de red

permite la opción de añadir de femtocélulas en el caso de elegir el tipo de

red ‘generated’

Figura 5.9. Tipos de red a generar.

A continuación, se explica el procedimiento llevado a cabo por los diferentes tipos

de simulaciones (capesso, generated) para generar las características de la red, y así

calcular la capacidad de cada sector, a partir de la SINR (Signal to Interference and

Noise Ratio) en cada sector, mediante la función

‘LTE_common_calculate_cell_capacity’.

RED ‘GENERATED’

Para generar este tipo de red, se debe de especificar una serie de parámetros para

crear los eNodeBs, las pérdidas en el recorrido y los desvanecimientos lentos.



Calcular los eNodeBs

La posición de los eNodeBs se define a partir del número de anillos que rodean el

eNodeB central y la separación entre estos. Los eNodeBs son calculados a partir de la

función ‘LTE_init_create_hexagonal_eNodeB_grid‘. La fórmula empleada para el

cálculo del número de eNodeBs es la siguiente:

La relación entre el número de eNodeBs y el número de anillos elegidos es la

siguiente:

Tabla 5.1. Relación anillos-eNodeBs.

Una vez han sido definidas las posiciones de los eNodeBs, se crea una Región de

Interés (ROI) a partir de las posiciones de dichos eNodeBs, para apreciar los resultados

de una manera más clara.

A continuación, se les asigna el modelo de transmisión, teniendo en cuenta el

número de antenas Tx y Rx, y el tipo de antena elegida. A continuación, el simulador

muestra el diagrama de radiación del tipo de antena elegida. En la Figura 5.10, se

muestra un ejemplo de un diagrama de radiación.

Figura 5.10. Diagrama de Radiación. Antena Katherin 742215.

Número de anillos ENodeB

0 1

1 7

2 19

3 37

sum(6*(1:n_rings))+1



Pérdidas en el recorrido, pathloss

Las pérdidas en el recorrido, se definen a través del modelo de propagación elegido

(cost231, espacio libre...) y el entorno en el que se desarrolla la simulación (urbano,

rural…). Además, se tiene en cuenta la opción de si se han añadido pérdidas adicionales

mediante el parámetro de simulación ‘LTE_config.additional_penetration_loss’.

Para el cálculo de estas pérdidas, se han definido las fórmulas correspondientes a

los modelos de propagación, en los archivos situados en la carpeta

‘+macroscopic_pathloss_models’. En concreto, se llama al fichero

‘generalPathlossModel’, el cual mediante la utilización de un ‘case’, llama al fichero

correspondiente del modelo de propagación utilizado.

Figura 5.11. Modelos de propagación utilizados por el simulador.

Una vez han sido calculadas las pérdidas de propagación, se genera un mapa de

pérdidas por cada sector del eNodeBs, mediante el archivo ‘macroscopicPathlossMap’

situado en la carpeta ‘+channel_gain_wrappers’, el cual depende de la resolución

elegida mediante el parámetro de simulación ‘LTE_config.map_resolution’ y los

valores de la ROI, tanto para el eje x como par el eje y.

Figura 5.12. Creación del mapa de pérdidas.

Posteriormente, el simulador muestra una gráfica en la que se observa las perdidas

obtenidas en relación a la distancia, según el modelo de propagación utilizado.



Figura 5.13. Relación Pathloss – Distancia. Modelo cost 231.

A continuación, muestra el mapa de pérdidas creados para cada uno de los sectores

correspondientes a los diferentes eNodeBs.

Figura 5.14. Pérdidas por sector. Modelo Cost 231.

Femtocélulas

Este tipo de red, proporciona la opción de añadir femtocélulas, las cuales disponen

de antenas omnidireccionales. Para su utilización, se debe de activar el parámetro de

simulación ‘LTE_config.add_femtocells‘, para de esta manera acceder al archivo

‘add_femtocells’, situado en la carpeta ‘+network_generation’, que caracteriza las

femtocélulas.

eNodeB 1 sector 1

1

-5000500-500

0

500

100

150

eNodeB 1 sector 2

2

-5000500-500

0

500

100

150

200

eNodeB 1 sector 3

3

-5000500-500

0

500

100

120

140

160

180

eNodeB 2 sector 1

4

-5000500-500

0

500

100

150

eNodeB 2 sector 2

5

-5000500-500

0

500

100

150

eNodeB 2 sector 3

6

-5000500-500

0

500

100

150

200

eNodeB 3 sector 1

7

-5000500-500

0

500

100120

140160

180

eNodeB 3 sector 2

8

-5000500-500

0

500

100

150

eNodeB 3 sector 3

9

-5000500-500

0

500

100

150

200

eNodeB 4 sector 1

10

-5000500-500

0

500

100

150

eNodeB 4 sector 2

11

-5000500-500

0

500

100

150

200

eNodeB 4 sector 3

12

-5000500-500

0

500

100

150

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 160080

90

100

110

120

130

140

150

160Macroscopic pathloss, using COST231 urban micro model

Distance [m]

Path

loss [

dB

]



Figura 5.15. Utilización de femtocélulas.

Desvanecimientos lentos, shadowing

Los desvanecimientos lentos, conocidos como desvanecimientos shadowing, hacen

referencia a los cambios del nivel de señal, relativamente suaves, producidos por el

cambio de entorno. Para generar estos desvanecimientos, se configura el parámetro de

simulación ‘LTE_config.shadow_fading_type’ con la opción ‘claussen’ ya que

mediante la opción ‘none’ no serán activados.

Para ver este tipo de desvanecimientos, se genera un mapa en el que se muestra los

desvanecimientos lentos sufridos en cada eNodeB. Este mapa se genera mediante el

archivo ‘shadowFadingMapClaussen’ situado en la carpeta ‘+channel_gain_wrappers’.

Figura 5.16. Generación de desvanecimientos lentos.

RED ‘CAPESSO’

En este tipo de red los eNodeBs y el pathloss son cargados de unos archivos

situados en la carpeta data_files CapessoExample pathloss. La configuración de

los eNodeBs (posición, número sectores, frecuencia…) está definida en tres archivos de

texto de la siguiente manera:

Shadow fading, site 1

-500 0 500-500

0

500

-20

0

20


-500 0 500-500

0

500

-20

0

20


-500 0 500-500

0

500

-20

0

20


-500 0 500-500

0

500

-20

0

20


-500 0 500-500

0

500

-20

0

20


-500 0 500-500

0

500

-20

0

20


-500 0 500-500

0

500

-20

0

20



- exampleCluster_Cell.txt: define las características de la célula, nombrando un

transmisor por sector, que será configurado posteriormente.

- exampleCluster_Sites.txt: se define la posición de los eNodeB con las

características de dicha posición.

- exampleCluster_Transmitter.txt: define las características de las antenas de los

respectivos eNodeB creados anteriormente.

El pathloss obtenido en los diferentes eNodeBs se encuentra configurado en los

archivos de extensión .los y .par situados en la carpeta mencionada anteriormente.

Una vez ha sido generada la red, guarda las características de la red mediante un

fichero .mat, para ser utilizado en posteriores ocasiones, en la carpeta data_files

network_caches siempre y cuando se haya activado el parámetro de simulación

‘LTE_config.cache_network’.

5.5.3. Generar los UEs y los schedulers

Una vez se ha generado las características de la red, el script ‘LTE_sim_main’

calcula los UEs y schedulers utilizados para aplicar los diferentes recursos radios a

los UEs, mediante la llamada a la función

‘LTE_init_generate_users_and_add_schedulers’.

Distribución de los UEs

Para generar los UEs, el simulador ofrece diferentes posibilidades sobre la

distribución de los usuarios, ya que aunque los usuarios se distribuyen de forma

aleatoria, se puede configurar la manera de distribuirse, mediante una de las opciones

indicadas en el parámetro de simulación ‘LTE_config.UE_distribution’, en las que se

permite elegir si se desea distribuirlos de forma constante por sector, por km2, por ROI

(Región de interés)…

Las características de cada tipo de distribución, se encuentran en los ficheros

correspondientes situados en la carpeta ‘+spatial_distributions’, y se aplicará un fichero

u otro mediante la utilización de un ‘case’, ver Figura 5.17.



Figura 5.17. Distribuciones de los UEs.

Las posiciones obtenidas de los usuarios, se encuentran definidas en pixeles, por lo

que son convertidas a valores absolutos mediante la función

‘LTE_common_pixel_to_pos’.

Una vez han sido generadas las posiciones de los UEs, se le asigna a cada usuario

un modelo de movilidad, mediante el fichero ‘straightWalkingModel’ situado en la

carpeta ‘+walking_models’. Para generar estos modelos, se tiene en cuenta la velocidad

y dirección del UE, si no se ha especificado ningún tipo de dirección, se asigna un valor

aleatorio en grados, ver Figura 5.18.

Figura 5.18. Dirección asignada a cada UEs.

Una vez ha sido asignada la dirección, crea la posición actual y anterior que toman

cada uno de los UEs, a partir de un vector de movimiento.

Mov_vector = velocidad_movil* * (sen(dir_movil) cos(direc_mov))

Para calcular la posición actual y antigua se utiliza las funciones mostradas en la

Figura 5.19.

Figura 5.19. Calculo de la posición actual y anterior de los diferentes UEs.



A continuación, guarda los datos correspondientes a los UEs en un fichero .mat en

la carpeta data_files UE_caches, siempre y cuando se haya activado el parámetro de

simulación ‘LTE_config.UE_cache’.

Schedulers

Una vez se ha generado la posición de los UEs, se crean los planificadores de radio,

schedulers, que serán los encargados de asignar los recursos radio a los UEs. Para ello,

utiliza una función definida en la propia función del simulador denominada

‘LTE_init_add_schedulers’.

Los recursos radio serán asignados de una manera u otra dependiendo del tipo de

scheduler elegido.

Esta función tiene en cuenta el ancho de banda de los RBs, que es de 180 KHz, ya

que está compuesto por 12 subportadoras separadas entre sí 15 KHz, la duración de

cada TTIs que es igual a 1 ms, el tipo de prefijo cíclico utilizado, que en este caso

utiliza el prefijo cíclico de tipo normal por lo que se enviarán 7 elementos OFDM por

cada subportadora.

5.5.4. Generar el canal radio asociado a los UEs

Tras haber generados los usuarios y los schedulers, se genera el canal radio (VehA,

VehB, PedA, PedB…) asociado a cada usuario, mediante la función

‘LTE_init_get_microscale_fading_SL_trace’. Antes de generar un nuevo canal radio,

comprueba si se ha definido un canal con las características deseadas en anteriores

simulaciones, a través del parámetro de simulación ‘LTE_config.pregenerated_ff_file’,

que indica la carpeta donde se guardan los ficheros .mat correspondientes a los canales

generados, para de esta manera poder cargarlo y no generarlo de nuevo.

Figura 5.20. Generar o carga el canal radio de los UEs.



En el caso de que haya que generar el canal radio de nuevo, se ha de tener en cuenta

una serie de parámetros de simulación generados en el fichero correspondiente, como el

modelo de canal radio, modo de transmisión, número de antenas Tx y Rx…

Figura 5.21. Parámetros de simulación necesarios para generar el canal radio.

Para aplicar las características del tipo de canal elegido, se utiliza el fichero

‘pdpChannelFactory’ situado en la carpeta ‘+channel_gain_wrappers’, que mediante un

‘case’ aplica las características mencionadas, ver Figura 5.22.

Figura 5.22. Modelos de canal radio.

A continuación, se aplican las características del modo de transmisión elegido,

mediante el fichero ‘channelTraceFactory_v1’, situado en la carpeta ‘+phy_modeling’.

Los modos de transmisión OLSM y CLSM, emplean multilplexación espacial mediante

unas matrices de precodificación, que establecen la correspondencia entre las palabras

código a transmitir y los puertos de antena, las cuales se encuentran definidas en el

fichero ‘miscUtils’ de la carpeta ‘+phy_modeling’. Para realizar este apartado, matlab



utiliza dos o cuatro núcleos del ordenador, dependiendo de las características de este,

que actúan al mismo tiempo y por lo tanto se disminuye el tiempo de simulación.

5.5.5. Asignación de los recursos radio a los UEs.

Para la asignación de los recursos radio a los UEs, los cuales dependen del tipo de

scheduler utilizado, se calcula previamente la SINR efectiva a través del modelo

matemático MIESM, el cual se encuentra definido en el fichero ‘miesmAveragerFast’

en la carpeta ‘+utils’, ver Figura 5.23

Figura 5.23. Utilización del modelo matemática MIESM para hallar la SINR

efectiva.

A continuación, el simulador muestra dos imágenes en las que se observa la SINR

obtenida en los diferentes sectores, así como el valor de CQI asignado a las diferentes

zonas de los sectores, con la diferencia que en la primera de ellas se incluyen los

desvanecimientos lentos. Observando las imágenes, se observa como en el borde de las

células la SINR disminuye.

Figura 5.24. SINR en los sectores, CQI asignado a las diferentes zonas del sector,

diferencia de la SINR por sectores y número de sector aplicado. Se incluyen los

desvanecimientos lentos.

ROI max SINR (SISO, macroscopic and shadow fading)

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

-5

0

5

10

15

20SISO CQI mapping (macroscopic and shadow fading).

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

0

5

10

15

SINR difference (macroscopic and shadow fading). caxis limited to 15dB

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

0

5

10

15eNodeB assignment (macroscopic and shadow fading)

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

5

10

15

20



Figura 5.25. SINR en los sectores, CQI asignado a las diferentes zonas del sector,

diferencia de la SINR por sectores y número de sector aplicado. Sin desvanecimientos

lentos.

A continuación, se asignan los recursos radio a los diferentes UEs, mostrando en la

pantalla principal de Matlab, Command Windows, cada diez intervalos de tiempo TTIS,

el tiempo necesario en horas y minutos para terminar la simulación.

Una vez ha concluido la simulación, muestra el tiempo, en minutos y segundos,

tardado en realizar la simulación, sin tener en cuenta el tiempo llevado a cabo para

guardar los resultados.

Por último, los resultados obtenidos son guardados en la ruta seleccionada,

mediante el parámetro ‘LTE_config.results_folder’. Por defecto, viene configurado

para que se guarden en la carpeta ‘results’. Además de este parámetro, se puede definir

el nombre con el cual se quieren guardar los archivos, para ello se configurara el

parámetro ‘LTE_config.results_file’. Por defecto, viene configurado con el nombre

‘auto’, de esta manera genera un nombre automáticamente.

Figura 5.26. Ubicación y nombre del archivo que contiene los resultados de la

simulación.

ROI max SINR (SISO, macroscopic fading)

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

-5

0

5

10

15

20SISO CQI mapping (macroscopic fading).

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

0

5

10

15

SINR difference (macroscopic fading). caxis limited to 15dB

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

0

5

10

15eNodeB assignment (macroscopic fading)

x pos [m]

y p

os [

m]

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

-600 -400 -200 0 200 400 600

-500

0

500

5

10

15

20



5.6. VISUALIZACIÓN DE LOS RESULTADOS

Los resultados obtenidos, son representados a través de dos funciones ‘GUI’

desarrolladas en el simulador, denominadas ‘LTE_GUI_show_aggregate_results’ y

‘LTE_GUI_show_UEs_and_cells’. Estas funciones, muestran los resultados obtenidos

sobre el throughput y la eficiencia espectral, para cada una de las células y para cada UE

perteneciente a las células.

LTE_GUI_SHOW_AGGREGATE_RESULTS

Esta función, permite observar de forma estadística el throughput, la eficiencia

espectral y la SINR obtenida, dependiendo del nivel de señal recibido por los usuarios,

mediante una función estadística, denominada función de distribución acumulativa

empírica (ECDF). Además, muestra la relación entre el throughput y la eficiencia

espectral con la SINR obtenida por cada UE, donde cada UE es mostrado mediante un

punto de color azul o de color rojo en caso de obtener la misma SINR.

Además, la función permite elegir que células o sectores mostrar, para de esta

manera observar el comportamiento de las diferentes células que componen la

simulación.

Figura 5.27. Pantalla de resultados obtenida mediante la función

‘LTE_GUI_show_aggregate_results’.

Las gráficas mostradas en la Figura 5.27 se pueden obtener de forma independiente,

mediante una figura de Matlab, pulsando el botón ‘Open plots in new windows’.

En el recuadro de color gris, ver Figura 5.28, se muestran datos de forma numérica

que hace referencia a datos utilizados en la simulación y muestra los resultados

obtenidos en cuanto al throughput, para la célula o células elegidas, indicando el valor

del throughput obtenido, cuando el UE recibe un 5% de señal (Edge UE throughput), un



95% de señal (Peak UE throughput) y un promedio del throughput obtenido por los UEs

(Average UE throughput). Además de indicar el promedio del throughput de la célula o

células elegidas (Average cell throughput), indicando si hay alguna célula deshabilitada.

Además, muestra si los UEs están recibiendo los recursos de forma justa a través de un

índice denominado ‘index fairness’.


‘LTE_GUI_show_aggregate_results’.

LTE_GUI_SHOW_UES_AND_CELLS

Mediante esta función, se obtiene de forma gráfica tanto la posición de los

diferentes eNodeBs que componen la red simulada, como la ubicación de los UEs

asignados en cada sector de los eNodeBs.

Figura 5.29. Pantalla de resultados ‘LTE_GUI_show_UEs_and_cells’.



En la gráfica mostrada en la Figura 5.29, se puede obtener de forma independiente,

mediante una figura de Matlab, pulsando el botón ‘Open plots in new windows’.

En el recuadro de color gris, ver Figura 5.30, se observan los resultados obtenidos,

indicando un promedio del throughput, de la eficiencia espectral y de los bloques de

recursos obtenidos por los UEs indicados, además de indicar si se ha utilizado el modo

de transmisión MIMO, mediante el indicador RI, el cual inicia como han sido utilizadas

los diferentes layers, capas, en la transmisión.


‘LTE_GUI_show_UEs_and_cells’.

Además, permite observar el comportamiento tanto de las células como de los UEs

de forma independiente, ver Figura 5.31.

Figura 5.31. Imagen de una célula en particular, con sus respectivos UEs.



5.7. PRUEBAS REALIZADAS

Para realizar una simulación, se debe de tener en cuenta el número de TTIs

establecido para realizar la simulación, ya que dependiendo de este parámetro, el tiempo

de simulación varía considerablemente. En este caso, como se ha realizado una

simulación con 200 TTIs, el tiempo transcurrido la primera vez que se ha realizado la

simulación es de aproximadamente ocho minutos, ya que ha tenido que generar el canal,

pero en las ocasiones posteriores que se realice una simulación que contenga las mismas

características del canal, es decir, mismo modelo de canal radio y mismo modo de

transmisión, el tiempo de simulación se reduce hasta aproximadamente cuatro minutos.

Estas simulaciones han sido realizadas con un ordenador con grandes características, si

dichas simulaciones se realizan con un ordenador de peores características, el tiempo de

simulación aumenta considerablemente, por lo que se recomienda disminuir el número

de TTIs.

Se han realizado diferentes pruebas para observar el comportamiento del

simulador, utilizando distintas configuraciones de los parámetros de simulación.

Las características empleadas en la simulación han sido:

- Modelo de canal radio: PedB.

- Longitud de la simulación: 200 TTIs.

- Ancho de banda del sistema: 20 MHz.

- Número de usuarios por sector: 20 usuarios.

- Velocidad de los usuarios: 2 km/h.

En primer lugar se obtienen los resultados del throughput y de la eficiencia

espectral obtenidos por los usuarios para cada uno de los planificadores radio

(scheduler), utilizando el modo de transmisión SISO.

Tabla 5.2. Rendimiento del sistema para los diferentes planificadores radio.

scheduler average cell throughput

(Mbit/s)

round robin 28.86

Best cqi 81.49

Proportional

fair

47.32



Tabla 5.3. Valores de throughput y eficiencia espectral obtenido por los UEs.

Mediante la tabla 5.2, se observa como el rendimiento global del sistema es mucho

inferior si se utiliza el scheduler ‘round robin’ al no tener en cuenta las condiciones del

canal. A través de la tabla 5.3, se ve claramente como el scheduler ‘ best cqi’ asigna los

recursos radio teniendo únicamente en cuenta las condiciones de calidad del canal.

A continuación, para el tipo de planificador radio (scheduler) ’proportional fair, se

realiza una comparación para los diferentes modos de transmisión. Los modos de

transmisión utilizados son: SISO, TxD 2x2 (dos antenas transmisoras y dos antenas

receptoras), OLSM 2x2 y CLSM 2x2.

Tabla 5.4. Rendimiento del sistema, utilizando diferentes técnicas de transmisión.

scheduler Peak UE

throughput

(Mbit/s)

Average UE

throughput

(Mbit/s)

Edge

UEthroughput

(Mbit/s)

average UE

spectral efficiency

(bits/simbolo)

Round robin 3.57 1.44 0.13 1.75

Best cqi 24.63 4.07 0 4.15

Proportional

fair

4.42 2.37 0.57 2.83

Modo TX average cell throughput

(Mbit/s)

SISO 47.32

TxD 56.17

OLSM 60.79

CLSM 69.22



Tabla 5.5. Valores de throughput y eficiencia espectral obtenido por los UEs, para

diferentes técnicas de transmisión.

Mediante las tablas 5.4 y 5.5, se observa como mediante la utilización del modo de

transmisión por diversidad (TxD) se consigue mejorar, con respecto al modo de

transmisión SISO, el throughput obtenido por los usuarios que se encuentran en unas

malas condiciones del canal radio, debido a que se encuentran en el borde de la célula.

Además se observa como mediante los modos de transmisión MIMO (OLSM y CLSM)

se consigue mejorar tanto la capacidad de la célula como el throughput obtenido por los

UEs.

Si se realiza esta simulación para una densidad de diez usuarios por sector, se

observa como al disminuir el número de usuarios, la eficiencia espectral apenas varía ya

que no depende del número de usuarios. En cambia el throughput aumenta

notablemente ya que este sí que depende del número de usuarios, porque tienen que

compartir los mismos recursos entre más usuarios, es decir, si antes compartían 4.61

bloques de recursos por usuario, ahora comparten 9.25 bloques de recurso por usuario,

ver tabla 5.6.

UEs por eNodeB Average UE

throughput (Mbit/s)

average UE spectral

efficiency

(bit/símbolo)

average RBs

10 3.17 1.92 9.25

20 1.44 1.75 4.61

Tabla 5.6. Comparación de una simulación con 10 y 20 UEs.

Modo

TX

Peak UE

throughput

(Mbit/s)

Average UE

throughput

(Mbit/s)

Edge UE

throughput

(Mbit/s)

average UE

spectral efficiency

(bits/simbolo)

SISO 4.42 2.37 0.57 2.83

TxD 4.42 2.81 0.99 3.34

OLSM 7.21 3.04 0.85 4

CLSM 7.30 3.46 1.33 4.33


Prácticas laboratorio 97

CAPÍTULO 6

PRÁCTICAS LABORATORIO



6. PRÁCTICAS LABORATORIO

En este apartado, se menciona una posible práctica para ser realizada con los

simuladores explicados en las secciones anteriores. Para la realización de esta práctica,

es conveniente conocer los conocimientos expuestos en el capítulo 3. En concreto, la

práctica propuesta consiste en varias preguntas tipo test, en las que se observa el

comportamiento de ambos simuladores.

Esta práctica puede ser complementaria a la realizada por el profesor de la

universidad Politécnica de Madrid, Pedro García del Pino, para el seminario LTE

realizado en dicha universidad con la colaboración de la Cátedra de Telefónica y

ROHDE & SCHWARZ en Mayo de 2013. Esta práctica estaba dividida en dos partes:

- Simulador a nivel de enlace: En esta parte de la práctica se pedía obtener la

relación entre el throughput y la BLER con respecto a la SNR, para un modelo

de canal PedB y una velocidad de usuario de 3 Km/h. Esta relación entre el

throughput y la BLER con respecto a la SNR tenía que ser calculada para

diferentes modos de transmisión (SISO, transmisión por diversidad 2x1 y 4x2, y

MIMO 2x2 y 4x2), diferentes anchos de banda (1.4 MHz y 3MHz) y empleo de

la técnica de retransmisión HARQ.

- Simulador a nivel de sistema: En esta última parte de la práctica se debía de

obtener la relación entre el throughput y eficiencia espectral con respecto a la

SINR empleando los diferentes tipos de schedulers (round robin, best cqi y

proportional fair) y modos de transmisión (SISO, transmisión por diversidad,

OLSM, y CLSM). El throughput y eficiencia espectral tenía que ser calculada

tanto de forma general, es decir, para toda la red, como para un usuario en

concreto, realizando una comparación entre un usuario que tiene bunas

condiciones de canal radio y otro usuario que no las tiene debido a que se

encuentra en el borde de la célula.

Una vez presentada la práctica realizada por el profesor Pedro García del Pino, se

propone una serie de preguntas tipo test para completar la práctica mencionada, a través

de la plataforma moodle.



1) Determina cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas en cuanto a

los sistemas LTE.

a) Únicamente se puede utilizar un ancho de banda de 20 MHz.

b) Se utiliza la técnica de acceso múltiple OFDMA, tanto para el enlace

descendiente como para el enlace ascendente.

c) Dependiendo de las condiciones del canal se utiliza una u otra modulación.

Si las condiciones del canal son muy malas, se utiliza la modulación QPSK,

si las condiciones del canal son intermedias se utiliza una modulación del

tipo 16-QAM y si las condiciones del canal son muy buenas se utiliza la

modulación 64-QAM.

Respuesta: la respuesta correcta es la opción ‘c’, ya que la opción ‘a’ es

incorrecta debido a que en LTE se puede emplear anchos de banda diferentes a

20MHz. La opción ‘b’ también es incorrecta ya que la técnica de acceso

OFDMA sólo se emplea para el enlace descendente, mientras que para el enlace

ascendente se utiliza la técnica SC-FDMA.

2) Las estructura de las tramas para el enlace descendiente de los sistemas

LTE, están compuestas de la siguiente manera:

a) Consta de diez intervalos de tiempo (time slots), o bien de cinco subtramas

de dos intervalos cada una de ellas. La duración de una trama es de 10 ms

por lo que cada intervalo de tiempo es de 1 ms, y cada subtrama de 2 ms.

b) Consta de veinte intervalos de tiempo (time slots), o bien de diez subtramas

de dos intervalos cada una. La duración de la trama es de 10 ms por lo que

cada intervalo de tiempo dura 0,5 ms y cada subtrama 1 ms.

c) Consta de veinte intervalos de tiempo (time slots), o bien de diez subtramas

de dos intervalos cada una. La duración de la trama es de 20 ms por lo que

cada intervalo de tiempo dura 1 ms y cada subtrama 2 ms.

Respuesta: La opción correcta es la ‘b’.



3) Indica cuál de las siguientes afirmaciones sobre los modos de transmisión

es falsa.

a) Mediante la utilización del modo de transmisión TxD (transmisión por

diversidad) no se puede suponer un aumento del régimen binario para un

usuario que encuentre en un canal con malas condiciones.

b) Los modos de transmisión que emplea multiplexación espacial (OLSM y

CLSM) envian diferentes flujos binarios por cada antena, por lo que se

consigue incrementar el régimen binario de los usuarios.

c) El modo de transmisión por diversidad transmite el mismo flujo binario por

el número de antenas transmisoras.

Respuesta: La opción correcta es la ‘a’ ya que mediante el empleo de transmisión

por diversidad se consigue principalmente aumentar el throughput de los usuarios

que se encuentran en peores condiciones de canal, ya que emplea modulaciones

más complejas y codificaciones menos protegidas.

4) Para un valor de CQI=7, ¿Cuántos bits por símbolo se transmiten?

a) 2 bits/símbolo.

b) 4 bits/símbolo.

c) 16 bits/símbolo.

Respuesta: Para un valor de CQI=7, se emplea una modulación 16QAM por lo

que se transmiten 4 bits por símbolo. Luego la repuesta correcta es la opción ‘b’

5) ¿Con cuál de los siguientes valores de CQI se obtiene un throughput

teórico mayor para un ancho de banda de 5Mhz?.

a) CQI=18.

b) CQI=7

c) CQI=12.



Respuesta: El valor de CQI=18 no se utilizado para sistemas LTE, por lo que no

es posible calcular el throughput para ese valor. Para los otros dos casos, el

throughput obtenido es igual a:

Para un valor CQI=7

Para un valor CQI=12

Por lo tanto la respuesta correcta es la opción ‘c’

6) En vistas de las curvas BLER, ¿Cuál de los tres valores de CQI debería

haberse utilizado para una SINR de unos 2 dB?

a) CQI= 3.

b) CQI= 7.

c) CQI= 12.

Figura 6.1. Curvas BLER, modo de Tx SISO.

Respuesta: Midiendo los valores de BLER para un valor de 2 dB de SINR para

las tres gráficas, se obtiene:

CQI BLER

3 0,1119

7 0,6131

12 0,9772

Tabla 6.1. Valores BLER obtenidos para diferentes CQI.

Como se puede observar en la tabla 6.1 es conveniente utilizar el CQI=3 ya que se

obtiene una BLER cercana al 10%. Luego la respuesta correcta es la opción ‘a’.

-10 -5 0 5 10 15 20 25 3010

-3

10-2

10-1

100

BLER

SNR [dB]

SISO, cqi 3

SISO, cqi 7

SISO, cqi 12



7) ¿Cuál/cuáles de las siguientes sentencias referidas a la utilización de la

técnica de retransmisión HARQ son correctas?

Figura 6.2. Comportamiento de la técnica HARQ para el modo de Tx SISO.

a) Ante buenas condiciones del canal, sólo el uso de HARQ permite reducir la

BLER.

b) Para una SNR de 0 dB, es imposible utilizar la técnica de retransmisión

HARQ.

c) Ante malas condiciones del canal, el uso de HARQ permite reducir la

BLER y el throughput.

Respuesta: Las opciones correctas son la ‘b’ y la ‘c’, mientras que la opción ‘a’

es incorrecta debido a que para un canal en buenas condiciones, implica que no

es necesario utilizar la técnica HARQ, por lo tanto no es necesaria su

utilización.

8) A partir de la siguiente gráfica, determinar qué respuesta es la correcta:

Figura 6.3. Uso de la técnica HARQ para diferentes valores de CQI.

-10 -5 0 5 10 15 200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

thro

ughp

ut [M

bps]

SNR [dB]

SISO HARQ cqi 3

SISO HARQ cqi 7

-5 0 5 10 15 20 2510

-3

10-2

10-1

100

BLE

R

SNR [dB]

SISO no HARQ

SISO HARQ

-5 0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

thro

ughput

[Mbps]

SNR [dB]

SISO no HARQ

SISO HARQ



a) Para un valor de CQI=7 el throughput es mucho menor que para un valor de

CQI=3 debido a que se transmiten menos bits por símbolo y se tiene una

tasa de codificación mayor.

b) Para un valor de CQI=3 el throughput es mucho menor que para un valor de

CQI=7 debido a que se transmiten más bits por símbolo y se tiene una tasa

de codificación meno

c) Para un valor de CQI=7 el throughput es mucho mayor que para un valor de

CQI=3 debido a que se transmiten más bits por símbolo y se tiene una tasa

de codificación mayor

Respuesta: Observando las curvas de throughput y sabiendo que:

- Para un CQI=7 se emplea una modulación 16QAM transmitiendo 4 bits por

símbolo y su tasa de codificación es 0,3691.

- Para una CQI=3 se emplea modulación QPSK transmitiendo 2 bits por símbolo

y su tasa de codificación es 0,1885.

Según lo citado anteriormente, la respuesta correcta es la opción ‘c’.

9) Si en el simulador a nivel de sistema doblamos el número de UEs, el

régimen binario obtenido en el sistema será:

a) El doble, ya que al aumentar el número de UEs, se aumenta el régimen

binario obtenido.

b) El doble, ya que al aumentar el número de UEs se utiliza el doble de

bloques de recurso.

c) La mitad, ya que deben de compartir la misma cantidad de bloques de

recurso entre el doble de UEs.

Respuesta: La opción correcta es la ‘c’.



10) En el simulador a nivel de sistema, los UEs que se encuentran en malas

condiciones del canal obtienen un peor throughput…

a) Mediante el scheduler ‘round robin’, ya que asigna los recursos radio

teniendo en cuenta las condiciones de calidad del canal radio.

b) Mediante el scheduler ‘best cqi’, ya que para asignar los recursos radio

únicamente tiene en cuenta las condiciones de calidad del canal.

c) Mediante el scheduler ‘best cqi’, ya que para asignar los recursos radio,

tiene en cuenta tanto las condiciones de calidad del canal radio actuales,

como las condiciones del canal en un tiempo anterior

Respuesta: La respuesta correcta es la ‘b’.


Conclusiones 105

CAPÍTULO 7

CONCLUSIONES


Conclusiones 106

7. CONCLUSIONES

En la actualidad, ya son muchos los operadores de telefonía móvil que implementan

en sus dispositivos móviles la nueva generación, que denominan 4G. Sin embargo, las

características de esta generación corresponden a la generación 3.9G, LTE. Por ello,

este proyecto ha mencionado las principales características que esta nueva generación

proporciona.

Con los simuladores que se han analizado en los capítulos anteriores, se han visto

reflejadas estas características, tanto en simulación a nivel de enlace como a nivel de

sistema.

Se ha comprobado que el utilizar diferentes modos de transmisión, bien sea con una

única antena transmitiendo y una antena recibiendo, o utilizando múltiples antenas tanto

en recepción como en transmisión, el comportamiento de la red es muy diferente y se

obtienen diversos resultados, que hacen ver que el uso de los modos que utilizan

múltiples antenas son mucho más eficaces, debido a que mejoran la capacidad del canal,

frente a los modos que utilizan una antena en transmisión y en recepción.

Con los resultados que se han obtenido con el simulador a nivel de enlace, se ha

podido observar que la técnica de transmisión HARQ, que utiliza los sistemas LTE, es

mucho más fiable que las técnicas de transmisión que existían en las generaciones

previas, ya que con esta técnica, se asegura una mejor transferencia de datos, ya que se

revisa cada paquete que se va recibiendo y se corrige los errores sin necesidad de datos

extras. Por ello, a la vista de los resultados gráficos obtenido con el simulador a nivel de

enlace, se puede decir que cuando la calidad del enlace es mala, es conveniente usar la

técnica de transmisión HARQ, y que cuando la calidad del enlace es buena, no es

necesario utilizar las retransmisiones HARQ pues se reciben los datos correctamente.

Con los resultados que se han obtenido con el simulador a nivel de sistema, se ha

podido observar los diferentes comportamientos que puede tener el sistema cuando se

asignan unos recursos de transmisión a unos usuarios con mejor calidad de canal o a

otros con malas condiciones de canal. Gráficamente, también se ha podido observar el

comportamiento que tiene la red, por medio de los parámetros BLER y throughput,

cuando se usan las diferentes técnicas de planificación scheduling que existen en LTE y

los diferentes modos de transmisión que se pueden dar en las comunicaciones radio.

Existen muchos más simuladores, tanto a nivel de enlace como a nivel de sistema,

que permiten visualizar otro tipo de características como puede ser, la cobertura que

proporciona una antena, la evolución de la red de recursos.…

El rendimiento y las capacidades de la red 3.9G o 4G aún no coincide con las

tecnologías que hay actualmente en el mercado, y es por esto, por lo que se está

desplegando la red de manera progresiva en diferentes parte del mundo y se pronostica

que para el año 2015 ya habrán más de doscientas redes LTE activas en más de setenta


Conclusiones 107

países. Un incremento identificativo con respecto a las cuarenta redes que hay en la

actualidad, instaladas en veinticuatro países.

A pesar de que en España y muchos otros países se está empezando a implantar la

tecnología 3.9G, ya existen simuladores que permiten evaluar el rendimiento de una red

4G, LTE-Advanced. Con estas nuevas redes, se permitirá a los usuarios hacer cosas que

nunca han sido posibles realizar en el entorno de las comunicaciones móviles, pero para

ello habrá que esperar.


Bibliografía 108

BIBLIOGRAFÍA


Bibliografía 109

BIBLIOGRAFÍA.

[1] http://www.nt.tuwien.ac.at/about-us/staff/josep-colom-ikuno/lte-simulators.

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David Argilés Ortiz. "Fundamentos de UMTS".

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[7] Rafael Herradón Díez, "Comunicaciones móviles Digitales".

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[9] Erik Dahlman , Stefan Parkvall , Johan Sköld " 4G LTE / LTE- Avanced for Movile

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[10] Amitabha Ghosh, Rapeepat Ratasuk “Essentials of LTE and LTE-A”.

[11] Ramon Agusti Comes, Francisco Bernardo ÁLvarez, Fernando Casadevall Palacip,

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System Mapping Method for CQI Feedback in TD-LTE System".

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[16] http://is-wireless.com/products.

[17] http://www.mathworks.es/

[18] http://www.symena.com/index.php?id=11.

[19] 3GPP Technical Specification Group RAN, “E-UTRA; physical channels and

modulation,” 3GPP, Tech. Rep. TS 36.211 Version 8.7.0, May 2009.

[20] 3GPP Technical Specification Group RAN, “E-UTRA; LTE RF system scenarios,”

3GPP, Tech. Rep. TS 36.942, 2008-2009.


Bibliografía 110

[21] 3GPP Technical Specification Group RAN, “E-UTRA; physical layer procedures,”

3GPP, Tech. Rep. TS 36.213, March 2009.

[22] http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1225-0-199702-I!!PDFS.pdf.

[23] http://www.ist-winner.org/phase_2_model.html.

[24] IEEEXPLORE.Fumio Ishizaki "Effect of initial states on statistical time-access

fairness index of one-bit feedback fair scheduler".

[25] http://www.catedra-telefonicamovistar.etsit.upm.es.

[26] Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp "System level simulation of

LTE networks".

[27] J. Salo, M. Nur-Alam, K. Chang "Practical Introduction to LTE Radio Planning".


Acrónimos 111

ACRÓNIMOS


Acrónimos 112

ACRÓNIMOS

3GPP 3rd Generation Partnership Project

ACK Acknowledgement

AMC Adaptive Modulation and Coding

ARQ Automatic Repeat reQuest

AWGN Additive white Gaussian noise

BER Bit Error Rate

BICM Bit Interleaved Coded Modulation

BLER BLock Error Rate

CDD Cyclic Delay Diversity

CDMA Code Division Multiple Access

CLSM Close Loop Spatial Multiplexing

CQI Channel Quality Indicator

DL DownLink

Eb Energy by Bit

ECR Energy Consumption Rating

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

EESM Exponential ESM

eNodeB envolved NodoB

ESM Effective SNR Mapping

FER Frame Error Rate

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile communications

HARQ Hybrid Automatic Repeat request

HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data


Acrónimos 113

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

HSPA High Speed Packet Access

HSPA+ High Speed Packet Access

HSUPA High Speed Uplink Packet Access

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform

ITU International Union of Telecommunications

LESM Logarithmic ESM

LTE Long Term Evolution

LTE-A Long Term Evolution- Advanced

LS Least Squares

L2S Interfaz Link to System

MAC Medium Access Control

MCS Modulation and Coding Scheme

MIESM Mutual Information ESM

MIMO Multiple-Input Multiple -Output

MMSE Mean Minimum Squared Error

MSE Minimum Squared Error

MU-MIMO Multi-User MIMO

NACK Negative Acknowledgement

NSPW New Security Paradigms Workshop

N0 Noise Spectral Density

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OLSM Open Loop Spatial Multiplexing

PAR Peak-to-Average Ratio

PedA PedestrianA

PMI Precoding Matrix Indicator

http://en.wikipedia.org/wiki/Noise_spectral_density


Acrónimos 114

PSK Phase Shift Keying

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QoS Quality-of-Service

QPSK Quadrature Phase-Shift Keying

RB Resource Block

RE Resource Element

RI Rank Indicator

ROI Region of Interest

RS Reference Signals

SC-FDMA Single-Carrier Frequency Division Multiple Access

SINR Signal-to-Interference plus Noise Ratio

SIR Signal-to-Interference Ratio

SISO Single-Input Single-Output

SNR Signal-to-Noise Ratio

SMS Short Message Service

SU-MIMO Single-User MIMO

TDD Time Division Duplex

TDMA Time Division Multiple Access

TxD Transmit Diversity

TTI Time Transmission Interval

UE User Equipment

UL UpLink

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UTRA UMTS Terrestrial Radio

VehA VehicularA

XML Extensible Markup Language

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